Центры происхождения культурных растений
advertisement
Биология (греч. bios– жизнь, logos– наука). Впервые этот термин ввел французский ученыйэволюционист Ж.Б. Ламарк в 1802 году. • анатомия наука о форме и строении отдельных органов, систем и организма в целом строение тела человека, отдельные органы и ткани человека; ткани растений и т.д. • антропология наука о происхождении и эволюции человека морфология человека, учение об антропогенезе и расоведение • ботаника наука о растениях внешнее и внутреннее строение растений; их видовое разнообразие; особенности их жизнедеятельности; закономерности их географического распространения • генетика наука о наследственности и изменчивости закономерности наследования и особенности изменчивости признаков; теоретическая основа селекции • гигиена наука о здоровье влияние разнообразных факторов внешней среды на здоровье человека, его работоспособность и продолжительность жизни • зоология наука о животных многообразие животного мира, строение и жизнедеятельность животных, их распространение • микология наука о грибах морфология, систематика, распространение грибов, их роль в природе и жизни человека • морфология наука о форме и строении животных и растительных организмов - • палеонтология наука об ископаемых остатках организмов минувших геологических эпох вымершие организмы, их отпечатки и следы их жизнедеятельности • селекция наука о методах создания сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов способы воздействия на микроорганизмы, растения и животных с целью изменения их наследственных качеств в нужном для человека направлении • систематика классификация организмов по группам (таксонам) и установление родственных связей между ними разнообразие всех существующих и вымерших организмов; определение их места в системе органического мира • теория эволюции наука об общих закономерностях и движущих силах исторического развития живой природы происхождение и эволюцию жизни, образование адаптаций, движущие факторы эволюции • физиология наука о функциях живых организмов и составляющих их клеток, тканей и органов жизнедеятельность организмов, закономерности их взаимодействия с окружающей средой • цитология наука о клетке строение, химический состав, функции и эволюцию клеток • экология наука о взаимоотношениях организмов с окружающей средой: состав, свойства, закономерности развития экосистем и биосферы, поток энергии, круговорот химических элементов • эмбриология наука об индивидуальном развитии организмов: гаметогенез, оплодотворение, эмбриональное и постэмбриональное развитие • этология наука о поведении животных: врожденные формы поведения животных (инстинкты) МЕТОДЫ НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ близнецовый сравнение признаков монозиготных и дизиготных близнецов- определение степени влияния генотипа и условий среды на проявление того или иного признака генеалогический построение и изучение родословных- характер наследования того или иного признака Цитогенетический метод — изучение количественного и качественного состава хромосом человека, в частности определение полового хроматина и более тонкий структурный анализ хромосом (авторадиография, флуоресцентные методы). Биохимический метод используется для обнаружения наследственных дефектов метаболизма. Конечная цель — выявление первичных продуктов действия мутантных генов. Этой цели служат широкий набор вариантов спектрофотометрии, электрофореза, хроматографии. Проводятся количественное определение содержания ферментов и их активности, химическое обнаружение различных физиологически активных соединений и их метаболитов и т. д. гибридологический получение гибридов и анализ расщепления их признаков в ряду поколений генетика, анализ характера наследования признаков метод меченых атомов использование радиоактивных изотопов для определения места включения в организм тех веществ, в состав которых они входят- изучение обмена веществ рентгеноструктурный анализ использование явления дифракции рентгеновских лучей на кристаллических решетках молекул - изучение структуры ДНК, третичной структуры белков световая микроскопия изучение биологических объектов при помощи светового микроскопаизучение крупных частей клетки: ядра, хлоропластов, вакуолей; изучение одноклеточных организмов центрифугирование -разделение компонентов клетки в поле действия центробежных сил в зависимости от их массы и объема выделение рибосом или других органоидов для их дальнейшего изучения электронная микроскопия- изучение биологических объектов при помощи электронного микроскопа изучение мелких частей клетки: митохондрий, рибосом, центриолей и т.д. Методы изучения биологии наблюдение, позволяющее описать биологическое явление; сравнение, дающее возможность найти закономерности, общие для разных явлений; Этот метод является основой систематики. Благодаря ему открыто крупнейшее обобщение и создана клеточная теория. Этот метод популярен и в наше время. эксперимент, в ходе которого исследователь искусственно создает ситуацию позволяющую выявить скрытые свойства биологических объектов; Экспериментальный метод дает нам возможность изолированно изучать природные явления, а, также, разрешает добиться их повторения, если соблюдать одинаковые условия. Этот метод гораздо глубже других методов позволяет нам постичь суть природных явлений исторический метод, позволяющий на основе данных о современном мире живого и о его прошлом, раскрывать законы развития живой природы. . Ч. Дарвин стал основоположником и главным пользователем этого метода. Известные методы исследования в биологии еще классифицируют так: • Эмпирические – наблюдение и эксперимент. • Теоретические – сравнительный, исторический, моделирование, статистическая обработка, формулировка гипотез, законов и теорий. Эксперимент позволяет ученым создать максимально похожую ситуацию для появления изучаемого природного явления. Это помогает изучить основные свойства и характеристики природных объектов. Здесь тоже есть возможность использовать инструментальные методы такие как: электрофорез, хроматография, культивирование тканей. Методы сравнения и обобщения дают нам возможность обнаружить закономерности сразу для некоторого количества явлений. На основе этого метода человечество создало систематику и клеточную теорию. С помощью исторического метода ученые могут систематизировать знания и опыт древних времен о прошлом каких-то процессов и приложить его для изучения современных явлений в природе. С помощью моделирования имитируется определенный биологический процесс и изучаются его признаки в искусственно созданных условиях. Для примера можно рассмотреть аквариум, как модель природной экологической системы. Сходство и отличия Царств Растений и Животных в 1858 г. Крал Бэр установил, что все организмы начинают свое развитие с одной клетки (яйцеклетки), т.е. клетка- единица развития всех живых организмов Фундаментальные и прикладные исследования Фундаментальная наука - это наука ради науки. Это часть научно-исследовательской деятельности без определенных коммерческих или других практических целей, Естествознание - пример фундаментальной науки. Оно направлено на познание природы, такой, как она есть сама по себе независимо от того, какое приложение получат его открытия: освоение космоса или загрязнение окружающей среды. И никакой другой цели естествознание не преследует. Это наука для науки, т.е. познания окружающего мира, открытия фундаментальных законов бытия и приращения фундаментальных знаний. См.→ Прикладная наука - это наука, направленная на получение конкретного научного результата, который актуально или потенциально может использоваться для удовлетворения частных или общественных потребностей. См.→ Взаимосвязь фундаментальных и прикладных наук Науки фундаментальные прикладные Биология ботаника растениеводство зоология животноводство генетика селекция, клонирование антропология медицина Химия неорганическая химия металлургия органическая химия технология пластмасс коллоидная химия химия красителей химия воды промышленный гидролиз Органелла Хлоропласт (Пластиды) Эндоплазматический ретикулум Аппарат Гольджи Митохондрия Вакуоль Ядро Рибосомы Органоиды эукариот Основная функция Структура Организмы Заметки имеют собственную ДНК; предполагают что растения, фотосинтез двумембранная хлоропласты возникли Протисты из цианобактерий в результате симбиогенеза на поверхности трансляция и гранулярного свёртывание новых эндоплазматического белков (гранулярный ретикулума находится эндоплазматический все большое количество одномембранная ретикулум), синтез эукариоты рибосом, свёрнут как липидов (агранулярный мешок; агранулярный эндоплазматический эндоплазматический ретикулум) ретикулум свёрнут в трубочки асимметричен — цистерны, располагающиеся ближе к ядру клетки (циссортировка и Гольджи) содержат одномембранная все эукариоты преобразование белков наименее зрелые белки, а от транс-Гольджи отпочковываются пузырьки, содержащие полностью зрелые белки имеют свою собственную большинство митохондриальную ДНК; энергетическая двумембранная эукариот предполагают, что митохондрии возникли в результате симбиогенеза запас, поддержание эукариоты, гомеостаза, в клетках более растений — одномембранная выражена у поддержание формы растений клетки (тургор) Хранение ДНК, содержит основную двумембранная все эукариоты транскрипция РНК часть генома синтез белка на основе матричных РНК при эукариоты, РНК/белок прокариоты помощи транспортных РНК Везикулы Лизосомы запасают или транспортируют одномембранная все эукариоты питательные вещества мелкие лабильные образования, большинство содержащие ферменты, одномембранная эукариот в частности гидролазы, принимающие участие Органоиды эукариот Органелла Основная функция Структура в процессах переваривания фагоцитированной пищи и автолиза (саморастворение органелл) Центр организации цитоскелета. Необходим для процесса Центриоли (клеточный клеточного деления немембранная центр) (равномерно распределяет хромосомы) Меланосома хранение пигмента одномембранная сложно сокращение мышечных организованный Миофибриллы волокон пучок белковых нитей Организмы Заметки эукариоты животные животные Предполагают, что митохондрии и пластиды — это бывшие симбионты содержащих их клеток, некогда самостоятельные прокариоты (см. Протосимбиотическая теория). Заслуга Дарвина состоит в том, что он раскрыл главные движущие силы эволюции. Он объяснил изменение организмов действием законов природы, без вмешательства сверхъестественных сил. В основу своего объяснения эволюции Ч. Дарвин положил три главных фактора: изменчивость организмов, борьбу за существование и естественный отбор. Теорию Дарвина можно сформулировать в виде довольно простых положений: 1. Организмы изменчивы. Невозможно найти двух полностью тождественных кроликов, волков, ящериц или иных принадлежащих к одному виду животных или растений. 2. Различия между организмами, хотя бы частично, передаются по наследству. 3. Теоретически при благоприятных условиях любые организмы могут размножиться настолько, что в состоянии заполнить Землю, однако такого не случается, так как многие особи погибают, не успев произвести потомство. 4. Те организмы, которые располагают полезными свойствами, имеют большую вероятность выжить по сравнению с другими. Выжившие передают эти свойства своему потомству. Следовательно, эти свойства закрепляются в череде последующих поколений. Хотя многие религиозные лидеры критиковали дарвиновскую теорию, его идеи были столь убедительно обоснованы, что большинство ученых принимает их и по сей день. Концепция эволюции путем естественного отбора приводит в гармонию все жизненные проявления на Земле. В нашем столетии эволюционное учение Ч. Дарвина было развито и конкретизировано благодаря созданию хромосомной теории наследственности, развитию молекулярно-генетических исследований. Включение достижений этих и других биологических дисциплин в дарвиновскую концепцию привело к созданию современной эволюционной теории. мейоз митоз Профаза Метафаза Анафаза Телофаза Гаметогенез – это последовательный процесс, который обеспечивает размножение, рост и созревание половых клеток в мужском организме (сперматогенез) и женском (овогенез). Гаметогенез протекает в половых железах - сперматогенез в семенниках у мужчин, а овогенез в яичниках у женщин. В результате гаметогенеза в организме женщины образуются женские половые клетки - яйцеклетки, а у мужчин - мужские половые клетки сперматозоиды. Именно процесс гаметогенез (сперматогенез, овогенез) дает возможность мужчине и женщине возможность воспроизведения потомства. Характеристика овогенеза и сперматогенеза Гаметогенез имеет несколько стадий. Сходство сперматогенеза и овогенеза как раз и заключается в том, что три стадии у них одинаковы. 1. Стадия размножения. Первичные клетки на этой стадии называются сперматогониями и овогониями, из них в последующем образуются мужские и женские половые клетки. Половые клетки несколько раз делятся путем митоза, и количество их значительно возрастает. Сперматогонии размножаются у мужчины в течение всего репродуктивного периода, а размножение овогоний происходит в эмбриональном периоде и наиболее интенсивно происходит во 2 - 5 месяц внутриутробного развития. 2. Стадия роста. В этот период клетки значительно увеличиваются в размерах. Сперматогонии и овогонии превращаются в сперматоциты и овоциты I порядка. Овоциты I порядка достигают больших размеров, поскольку накапливают питательные вещества. 3. Стадия созревания. На этой стадии происходят два следующих друг за другом деления - мейоз I и мейоз II. После первого деления образуются сперматоциты и овоциты II порядка, а после второго деления - сперматиды и зрелые яйцеклетки с тремя полярными тельцами, которые в процессе размножения не участвуют и погибают. При созревании один сперматоцит I порядка дает четыре сперматиды, а один овоцит I порядка образует одну яйцеклетку и три полярных тельца. Эти особенности сперматогенеза и овогенеза имеют биологический смысл, который связан с разным назначением мужских и женских гамет. Неравномерное деление клеток при овогенезе (меньше) обеспечивает формирование крупной яйцеклетки, в ней накапливается большее количество питательных веществ, так как из оплодотворенного яйца будет развиваться новый организм. При сравнительной характеристике овогенеза и сперматогенеза можно заметить, что сперматозоидов образуется значительно больше, и это также имеет биологический смысл. Яйцеклетку достигает только один сперматозоид, проникает в нее и доставляет свой набор хромосом. Остальные же в процессе поиска яйцеклетки массово погибают. При сравнении овогенеза и сперматогенеза становится понятным, почему сперматозоидам нет необходимости в запасании питательных веществ - их существование кратковременно, а подвижность должна быть высокой. 4. Стадия формирования. Она характерна только для сперматогенеза. Незрелая сперматида превращается в сперматозоид, приобретая свойственный ему вид. Образование сперматозоидов у мужчин начинается только в период полового созревания и происходит в течение всего года. Период развития сперматогоний в зрелые сперматозоиды составляет 74 дня. Схема овогенеза и сперматогенеза Краткую, обобщенную характеристику овогенеза и сперматогенеза представляет следующая таблица сперматогенеза и овогенеза: признаки Половые клетки железы, Характерные половых клеток: половые сперматогенез Яички, сперматозоиды овогенез Яичники, яйцеклетки особенности 55 мк 130-169 мк - относительные размеры - подвижность - форма подвижные неподвижные округлые со жгутиком округлые имеется - наличие питательных веществ Особенности развития половых клеток на разных стадиях: отсутствует - стадия размножения путем митоза образуются сперматоциты; путем митоза образуются овоциты; увеличиваются размерах; увеличиваются в размерах; - стадия роста - стадия созревания в путем мейоза образуются гаплоидные сперматиды, их которых формируются сперматозоиды путем мейоза образуются гаплоидные овоциты, их которых формируется яйцеклетка Подытоживая все, можно привести сравнительную характеристику овогенеза и сперматогенеза. В сущности, это и будут особенности сперматогенеза и овогенеза. 1. Мы выяснили, что гаметогенез включает стадии размножения, роста и созревания клеток. Сперматогенез включает также стадию формирования (ее нет при овогенезе), в этом заключаются отличия сперматогенеза от овогенеза. Сперматозоиды проходят дополнительную четвертую стадию для того, чтобы приобрести своеобразную форму и сформировать аппарат движения. 2. Второе отличие сперматогенеза от овогенеза: из сперматоцита I порядка получается четыре половых клетки, а из ооцита I порядка получается одна полноценная половая клетка. 3. Яйцеклетки образуются циклически, процесс повторяется через 21-35 дней (менструальный цикл). После гибели яйцеклетки, что сопровождается кровотечением, изменившийся гормональный фон дает толчок к созреванию другой яйцеклетки. Сравнительная характеристика овогенеза и сперматогенеза показывает, что у женщин мейоз начинается в период внутриутробного развития. Ооциты I порядка у новорожденной девочки останавливаются в фазе мейоз I, и завершается созревание ооцита к моменту полового созревания. У мальчиков процесс образования сперматозоидов идет непрерывно и сохраняется в течение всей половой зрелости мужчины. 4. Из характеристики овогенеза и сперматогенеза следует, что существуют значительные различия в количестве образованных половых клеток в женском и мужском организме. Взрослый мужчина производит 30 миллионов спермиев в день, а женщина - порядка 500 зрелых яйцеклеток за всю свою жизнь. 5. Различия сперматогенеза и овогенеза заключаются также в том, что стадия размножения при сперматогенезе идет постоянно, а при овогенезе заканчивается после рождения. 6. Стадия роста при сперматогенезе короче, чем при овогенезе. 7. Стадия созревания при овогенезе имеет особенности, которые заключаются в неравномерности делений при созревании, что приводит к выделению полярных телец, что отсутствует при сперматогенезе. 8. Различия сперматогенеза и овогенеза заключаются в том, что сперматогенез более подвержен влиянию внешней среды, нежели овогенез, что связано с различием в расположении половых органов - семенники находятся вне брюшной полости. 9. Из сравнительной характеристики овогенеза и сперматогенеза можно увидеть, что, поскольку образование яйцеклеток начинается еще до рождения девочки, а завершается для яйцеклетки только после ее оплодотворения, то неблагоприятные факторы внешней среды могут повлечь генетические аномалии у потомства. Вирусы Вирусы(лат. virus яд) — мельчайшие микроорганизмы, не имеющие клеточного строения, белоксинтезирующей системы и способные к воспроизведению лишь в клетках высокоорганизованных форм жизни. Они широко распространены в природе, поражают животных, растения и другие микроорганизмы. Вирусы характеризуются рядом уникальных свойств, отличающих их от простейших, грибков, бактерий — микроорганизмов, имеющих клеточное строение и генетический материал, представленный двунитчатыми ДНК. Вирусы являются генетическими паразитами клетки. Вирусология – наука о вирусах возникла примерно 100 лет назад, хотя болезни, вызываемые вирусами (поксвирусами и герпесвирусами), известны со времен античности. В 1892 г. русский микробиолог Ивановский показал, что возбудитель табачной мозаики проходит через керамический фильтр и, следовательно, не относится к бактериям. Эта работа положила начало вирусологии. В течение последующих 20 лет были обнаружены фильтрующиеся возбудители некоторых инфекционных болезней животных, которые получи название – вирусы. Вирусы содержат нуклеиновую кислоту только одного типа: либо ДНК, либо РНК. РНК-содержащие вирусы — единственные представители в природе, имеющие генетический материал, представленный РНК. Вирусные геномы гаплоидны, т.е. содержат только одну копию генов, за исключением ретровирусов, геном которых является диплоидным. Генетический материал может иметь вид разнообразных структур (двунитчатых, однонитчатых, линейных, кольцевых, фрагментированных молекул). В основе необычного способа воспроизводства вирусов лежит разобщенный во времени и пространстве (на территории клетки) синтез вирусных нуклеиновых кислот и белков, которые затем независимо друг от друга прибывают к местам сборки вирусных частиц. Вирусы это внутриклеточные паразиты. Зрелая вирусная частица называется вирионом. У простых вирусов (например, вирусов полиомиелита) вирион состоит из одной молекулы нуклеиновой кислоты, окруженной белковым футляром — капсидом. Капсид вместе с нуклеиновой кислотой называется нуклеокапсидом. У более сложных вирусов (например, аденовирусов, ротавирусов) капсид окружает сердцевину, содержащую помимо нуклеиновой кислоты внутренние белки. У еще более сложно устроенных В. (вирусы гриппа, кори, бешенства, вирус иммунодефицита человека) капсид окружен липопротеиновой оболочкой — суперкапсидом. В липопротеиновые оболочки В. встроены наружные вирусные белки, которые обычно представлены гликопротеидами. Эти белки формируют шипы на поверхности вирусной частицы, их функция связана с проникновением вируса в клетку. Наружные вирусные белки вызывают образование защитных, вирус-нейтрализующих антител. Капсид состоит из определенного количества капсомеров, связанных нековалентными связями. Вирусы ДНК - вирусы вирус оспы, группа герпеса, аденовирусы (заболевания дыхательных путей и глаз), паповавирусы (бородавки), гепаднавирусы (гепатит B) РНК-вирусы Разновидности вирусов (пикорнавирусы (гепатит A, полиомиелит, ОРЗ), миксовирусы (грипп, корь, свинка), арбовирусы (энцефалит, желтая лихорадка)). К вирусным заболеваниям относится и обнаруженный в 1981 году вирус иммунодефицита человека, вызывающий СПИД. корь, свинка, грипп, полиомиелит, бешенство, оспа, желтая лихорадка, трахома, краснуха, паротит Классификация, некоторые свойства и типовые представители ряда вирусов животных и человека Семейство вирусов Аденовирусы Гепаднавирусы Герпесвирусы Паповавирусы Наличие суперкапсида Отсутствует Имеется Имеется Отсутствует Размер вириона в нанометрах 70—90 45—50 200 45—55 Типовые представители ДНК-содержащие вирусы Аденовирусы человека 42 типов Вирус гепатита В Вирусы простого герпеса, цитомегалии, Эпстайна — Барр Вирусы папилломы, полиомы Парвовирусы Поксвирусы Отсутствует Имеется Аренавирусы Буньявирусы Калицивирусы Коронавирусы Ортомиксовирусы Парамиксовирусы Имеется Имеется Отсутствует Имеется Имеется Имеется Пикорнавирусы Рабдовирусы Реовирусы Ретровирусы Тогавирусы Флавивирусы Отсутствует Имеется Отсутствует Имеется Имеется Имеется 18—26 Аденоассоциированный вирус 130—240 Вирусы осповакцины РНК-содержащие вирусы 50—300 Вирусы Лаоса, Мачупо 90—100 Возбудители геморрагической лихорадки с почечным синдромом 20—30 Калицивирусы человека 80—130 Коронавирусы человека 80—120 Вирусы гриппа типов А, В, С 150—300 Вирусы кори, паротита, парагриппа, респираторносинцитиальный вирус 20—30 Вирусы полиомиелита, ECHO, Коксаки, гепатита А 70—175 Вирус бешенства 60—80 Реовирусы, ротавирусы человека и животных 80—100 Вирусы лейкоза человека, иммунодефицита человека 30—90 Вирусы Синдбис, леса Семлики, лошадиных энцефалитов 30—90 Вирусы клещевого и японского энцефалитов, денге, желтой лихорадки, краснухи Рис. 2. Схема строения вирусов, патогенных для человека: ДНК-содержащие вирусы (1—6), РНКсодержащие вирусы (7—17). 1 — вирусы оспы; 2 — вирусы герпеса; 3 — аденовирусы; 4 — паповавирусы; 5 — гепаднавирусы; 6 — парвовирусы; 7 — парамиксовирусы; 8 — вирусы гриппа; 9 — коронавирусы; 10 — аренавирусы; 11 — ретровирусы; 12 — реовирусы; 13 — пикорнавирусы; 14 — капицивирусы; 15 — рабдовирусы; 16 — тогавирусы, флавивирусы; 17 — буньявирусы. Рис. 1а). Схема строения аденовируса: 1 — капсомеры; 2 — геном. Рис. 1б). Схема строения вируса иммунодефицита человека: 1 — капсомеры; 2 — геном; 3 — липопротеиновая оболочка (суперкапсид); 4 — гликопротеиды. История развития науки о бактериях Антони ван Левенгук Впервые обнаружил бактерии в 1676 году, за которыми он наблюдал в свой микроскоп. Впоследствии, эти микроорганизмы были названы им «анималькули», что означало маленькие животные Христиан Эренберг Ввел термин «бактерии» в 1828 году Луи Пастер Доказал существование бактерий 1860 году, посвятив изучению развития, физиологии и метаболизма этих микроорганизмов, которые в то время относили к червям, многие годы Роберта Коха Его научные труд - «Постулаты Коха» стали сформулированными им принципами по определению возбудителей болезни. А в 1905 году Роберт Кох был удостоен Нобелевской премии за успехи в исследованиях туберкулеза. М. Бейеринк и С.Виноградский Внесли достойный вклад в развитие микробиологии, ее общих основ и работ в области изучения роли бактерий в природе. Глубокое изучение строения самой клетки микроорганизмов началось с момента изобретения электронного микроскопа (1930 год). Холера • Стафилококк и стафилококковые инфекции • Сальмонеллез • Пищевые токсикоинфекции • Заболевания, вызванные условно-патогенными • Менингококковая инфекция • Сальмонеллы и брюшные тифы, паратифы • Стрептококк и стрептококковые инфекции • Малярия • Шигеллы и дизентерия (шигеллез) • Микобактерии туберкулеза и туберкулез • Рожа • Анаэробная инфекция • Бруцеллез • Дифтерия • Коклюш • Гонококк и гонококковые инфекции • Сифилис (диагностика и лечение) • Гнойная инфекция ран • Туберкулез • Панариций • Эшерихиоз • Коринебактерии дифтерии и дифтерия • Дизентерия (шигеллез) • Дизентерия • Сибирская язва • Ботулизм • Холерный вибрион и холера • Лептоспироз • Эшерихий и эшерихиозы • Ангина Бактерии • Лихорадка цуцугамуши • Лейшманиозы • Псевдомонады сапа, псевдомонады мелиоидоза и сап, мелиоидоз • Лишай простой лица • Мочеполовой хламидиоз • Боррелиоз Лайма • Везикулезный риккетсиоз • Венерическая лимфогранулема • Волынская лихорадка • Вшивый возвратный тиф • Гемофилы Дюкрея и мягкий шанкр • Глубокая хроническая вегетирующая пиодермия • Заболевания, обусловленные парагемолитическими вибрионами • Заеды • Карбункул • Клещевой возвратный тиф • Криптоспоридиоз, изоспороз • Острая диффузная стрептодермия • Пароксизмальный риккетсиоз • Пиодермия • Пищевые отравления вызываемые B.cereus • Проказа • Пузырчатка вегетирующая • Респираторный хламидиоз • Риккетсии цуцугамуши и лихорадка цуцугамуши • Сикоз • Стафилодермии у новорожденных • Трепонема (возбудитель беджеля) и беджель (эндемический сифилис) • Бледная трепонема и сифилис • Иерсиниоз • Туляремия • Клебсиелла и клебсиеллезы • Чума • Скарлатина • Сифилис • Бруцеллы и бруцеллез • Бактероиды и бактероидозы • Системный клещевой боррелиоз • Анаэробная газовая инфекция • Столбняк • Брюшной тиф и паратифы А и В • Стафилококковая пищевая токсикоинфекция • Менингококк и менингококковые инфекции • Токсикоинфекции, вызванные некоторыми условно-патогенными микроорганизмами • Псевдотуберкулез • Сап • Клостридии и раневая анаэробная газовая инфекция • Туберкулез кожи • Клостридии ботулизма и ботулизм • Сибирская язва • Лептоспиры и лептоспироз • Листериоз • Бордетеллы коклюша и коклюш, паракоклюш • Паракоклюш • Сальмонеллезы (пищевые токсикоинфекции) • Токсоплазмоз • Микобактерии и микобактериозы • Иерсинии и чума • Эпидемический сыпной тиф и болезнь Брилла • Кампилобактериоз • Синегнойная палочка и псевдомонадные инфекции • Фелиноз • Колиэнтериты • Микобактерии лепры и лепра • Кампилобактер, хеликобактер и кампилобактериозы, геликобактериоза • Ку-лихорадка • Легионеллы и легионеллез • Клостридии столбняка и столбняк • Подрывающий фолликулит головы • Листерии и листериоз • Негонококковый уретрит • Гемофилы и инфекции, вызванные гемофильной бактериями • Бациллы сибирской язвы и сибирская язва (злокачественный карбункул) • Микоплазмы и микоплазмозы • Трепонема (возбудитель фрамбезии) и фрамбезия • Трипонема (возбудитель пинты) и пинта (каратэ, пятнистая болезнь) • Урогенитальный хламидиоз • Фурункулез • Хламидии орнитоза и орнитоз • Хромомикоз • Хроническая диффузная пиодермия • Шанкриформная пиодермия • Эксфолиативный дерматит новорожденных Риттера • Эктима • Эпидемиологическая пузырчатка новорожденных • Стафилогенное импетиго Эпидемический возвратный тиф • Пневмококковые инфекции • Хламидии трахоматис и трахома • Риккетсиозные инфекции • Висцеральный лейшманиоз • Североазиатский клещевой риккетсиоз • Орнитоз • Иерсиний псевдотуберкулеза и псевдотуберкулез • Иерсинии энтероколита и кишечный иерсиниоз • Шанкроид • Уреаплазма и уреаплазмоз • Фурункул • Нокардии и нокардиоз • Гарднереллез • Мягкий шанкр • Боррелии и эпидемический возвратный тиф • Стрептококковое импетиго • Дифтерия ран • Себорея • Эндемический (блошиный) сыпной тиф • Остиофолликулит (импетиго Бокхарда) • Коксиеллы Бернета и Ку-лихорадка • Донованоз Пиогенная гранулема • Содоку • Эндемический возвратный тиф Мигрирующая эритема • Франциселла туляремии и туляремия • Мелиоидоз • Узелки доильщиц • Лепра • Гонорея • Кожный лейшманиоз Царство Бактерии Бактерии относятся к прокариотическим организмам, которые не имеют ядерных оболочек, пластид, митохондрий и других мембранных органелл. Для них характерно наличие одной кольцевой ДНК. Размеры бактерий лежат в пределах 0,15— 10 мкм. По форме клеток их можно разделить на три основные группы: шаровидные, или кокки, палочковидные и извитые. Бактерии, хотя и относятся к прокариотам, имеют довольно сложное строение . Бактериальная клетка покрыта несколькими внешними слоями . Клеточная стенка обязательна для всех бактерий и является основным компонентом бактериальной клетки. Как и у растений, клеточная стенка бактерий придает клетке форму и жесткость и, кроме того, выполняет ряд важных функций: защищает клетку от различных повреждений, участвует в метаболизме, у многих патогенных бактерий токсична, участвует в транспорте экзотоксинов. Основным компонентом клеточной стенки бактерий является полисахарид муреин. В зависимости от строения клеточной стенки бактерии делятся на две группы: грамположительные (окрашиваются по Граму при приготовлении препаратов для микроскопирования) и грамотрицательные (не окрашиваются этим способом) У некоторых бактерий клеточная стенка покрыта сверху капсулой. Капсула не является обязательной структурой бактериальной клетки, и ее потеря не влечет за собой гибель клетки. Однако капсула выполняет ряд важных биологических функций: защищает бактерии от механических повреждений, высыхания, воздействия фагов, токсических веществ. У патогенных бактерий капсула предохраняет бактерию от действия защитных сил организма, в котором паразитирует бактерия. Органами движения бактерий являются жгутики, которых может быть от 1 до 50 и более. Для кокков характерно отсутствие жгутиков. Бактерии имеют способность к направленным формам движения — таксисам. Таксисы бывают положительными, если движение направлено к источнику стимула, и отрицательными, когда движение направлено от него. Можно выделить следующие виды таксисов. Хемотаксис — движение, основанное на разнице в концентрации химических веществ в среде, аэротаксис — на разнице концентраций кислорода. При реакциях на свет и магнитное поле возникают соответственно фототаксис и магнитотаксис. Важным компонентом в строении бактерий являются производные плазматической мембраны — пили (ворсинки). Пили принимают участие в слиянии бактерий в большие комплексы, прикреплении бактерий к субстрату, транспорте веществ. По типу питания бактерии делятся на автотрофов и гетеротрофов. Автотрофные бактерии способны использовать в качестве источника углерода углекислый газ воздуха и превращать его в органические вещества за счет энергии, образующейся при окислении химических неорганических соединений в процессе дыхания, — хемоавтотрофы; за счет энергии света (при фотосинтезе) — фотоавтотрофы. Гетеротрофные бактерии получают углерод из готовых органических соединений, используя главным образом углеводы, спирты, различные органические кислоты, которые разлагают в процессе брожения (без доступа кислорода) или дыхания; а энергию получают за счет дыхания, брожения или фотосинтеза — хемогетеротрофы и фотогетеротрофы. Надо отметить огромное значение бактерий в круговороте азота. Только бактерии и цианобактерии способны усваивать атмосферный азот. В дальнейшем бактерии осуществляют реакции аммонификации (разложение белков из мертвой органики до аминокислот, которые затем дезаминируются до аммиака и других простых азотсодержащих соединений), нитрификации (аммиак окисляют в нитриты, а нитриты — в нитраты), денитрификации (нитраты восстанавливаются в газообразный азот). По типу дыхания бактерий можно разделить на несколько групп: а) облигатные аэробы: растут при свободном доступе кислорода; б) факультативные анаэробы: развиваются как при доступе кислорода воздуха, так и в отсутствии его; в) облигатные анаэробы: развиваются при полном отсутствии кислорода в окружающей среде. Самыми древними из ныне существующих живых организмов считаются археобактерии термоацидофилы (thermoacidophiles). Они живут в воде горячих источников с высоким содержанием кислоты. При температуре ниже 55oC (131oF) они гибнут! Размножаются делением клетки на две, образовывают споры. Размножение бактерий Бактерии являются одноклеточными микроорганизмами, лишенными ядра (прокариотами). Известно примерно десять тысяч современных бактерий. Бактерии распространены повсеместно. Они встречаются в огромных количествах в воде, почве, воздухе, остатках мертвых растений, трупах животных, в живых организмах. Бактерии растут и размножаются с невероятной скоростью. К примеру, одна холерная бактерия за сутки при благоприятных условиях может воспроизвести такое количество себе подобных, что пленка из бактерий могла бы покрыть всю поверхность земного шара. Если этого не происходит на самом деле, то только потому, что для всех бактерий не достаточно питательных веществ, что приводит к их массовой гибели. По достижении определенных параметров клетки, выражающихся необходимым соотношением объемов цитоплазмы и ядра, бактерии начинают размножаться бесполым и половым способом. Многие бактерии лишены полового процесса, и размножение у них протекает только путем деления или почкования. Так, практически всем видам бактерий присуще множественное равновеликое бинарное деление, представляющее собой ряд последовательных простых делений каждой клетки за короткий отрезок времени на две идентичные клетки. Деление грамположительной бактериальной клетки осуществляется после репликации ДНК. Мезосомы формируют поперечную перегородку в клетке бактерии от периферии к центру. Мезосома— внутрицитоплазматическая мембранная структура бактериальной клетки, образующаяся путем впячивания мембраны цитоплазматической внутрь цитоплазмы клетки. Особенность бесполого способа размножения грамотрицательных бактерий состоит в том, что деление происходит путем формирования перетяжки при втягивании мембраны и клеточной стенки внутрь клетки. Почкование представляет собой процесс образования и роста почки на одном из полюсов материнской клетки, которая проявляет признаки старения и не дает более четырех дочерних клеток. Половое размножение у бактерий осуществляется в примитивной форме. У бактерий не образуются гаметы, и нет слияния клеток. Однако самое важное событие полового процесса происходит – это обмен генетическим материалом, что именуется генетической рекомбинацией. При половом процессе часть ДНК бактериальной клетки донора транспортируется в клетку реципиента и замещает аналогичную часть ДНК реципиента под воздействием необходимых ферментов. Новообразованная рекомбинантная ДНК бактерии содержит гены обеих родительских клеток. Особенностью клеток, образованных при половом размножении, является то, что у них наблюдается разнообразие признаков, благодаря соединению генов разных организмов. Это является основой эволюционных преобразований и появления новых видов бактерий. Изучены три способа образования рекомбинантов: трансформация, трансдукция и конъюгация. Онтогенез - индивидуальное развитие организма, с момента образования зиготы до смерти. Онтогенез делится на два периода: 1. эмбриональный — от образования зиготы до рождения или выхода из яйцевых оболочек; 2. постэмбриональный — от выхода из яйцевых оболочек или рождения до смерти организма. Постэмбриональное развитие бывает прямым и непрямым. 1. Прямое развитие — развитие, при котором появившийся организм идентичен по строению взрослому организму, но имеет меньшие размеры и не обладает половой зрелостью. Дальнейшее развитие связано с увеличением размеров и приобретением половой зрелости. Например: развитие рептилий, птиц, млекопитающих. 2. Непрямое развитие (личиночное развитие, развитие с метаморфозом) — появившийся организм отличается по строению от взрослого организма, обычно устроен проще, может иметь специфические органы, такой зародыш называется личинкой. Личинка питается, растет и со временем личиночные органы заменяются органами, свойственными взрослому организму (имаго). Например: развитие лягушки, некоторых насекомых, червей. У семенных растений к эмбриональному развитию относят процессы развития зародыша, происходящие в семени. Термин «онтогенез» впервые был введён Э. Геккелем Эмбриология – наука, изучающая онтогенез и начальные его этапы Эмбриогенез включает процессы дробления, гаструляции, гисто- и органогенеза. Дробление - ряд последовательных митотических делений зиготы, в результате которых происходит образование бластомеров. Гистогенез – процесс образования тканей Органогенез — это формирование органов в процессе эмбрионального развития организма. Органогенез протекает параллельно с гистогенезом, или развитием тканей. Морула - (morula) - ранняя стадия эмбрионального развития, возникающая в результате деления оплодотворенной яйцеклетки. На этой стадии эмбрион представляет собой скопление (наподобие ягоды тутового дерева - ред.) клеток; морула является промежуточной стадией между зиготой и бластоцистой (после морулы но перед бластулой). Бластула - многоклеточный шаровидный зародыш с однослойной стенкой и полостью внутри. Бластула образуется в результате бластуляции, когда бластомеры смещаются к периферии, образуя бластодерму, образующаяся при этом внутренняя полость заполняется жидкостью и становится первичной полостью тела - бластоцелью. После образования бластулы начинается процесс гаструляции. Морула Бластула Гаструляция - это процесс образования двух- или трехслойного зародыша - гаструлы. Она образуется в результате перемещения клеток бластодермы. Образующиеся слои называют зародышевыми листками. Наружный слой клеток называется эктодермой, внутренний - энтодермой, слой клеток между ними называется мезодермой. Каждый из зародышевых листков дает начало тем или иным органам. Нейрула - стадия развития позвоночных вслед за гаструляцией. На этой стадии закладывается характерная для позвоночных нервная система в виде трубки на спинной стороне тела. Процесс образования нервной трубки называется нейруляцией Гисто- и органогенез - формирование тканей и органов зародыша в результате дифференцировки клеток и зародышевых листков. Из эктодермы образуются: нервная система, эпидермис кожи и его производные (роговые чешуи, перья и волосы, зубы), органы чувств Из мезодермы образуется мускулатура, скелет (кости и хрящи), выделительная (почки), половая (семенники и яичники) и кровеносная системы (сердечная мышца, кровь, сосуды). Из энтодермы образуются пищеварительная система и ее железы (печень, поджелудочная железа), дыхательная система (легкие), хорда. Биогенетический закон Геккеля-Мюллера (также известен под названиями «закон Геккеля», «закон МюллераГеккеля», «закон Дарвина-Мюллера-Геккеля», «основной биогенетический закон»): «Индивидуальное развитие особи ( онтогенез) до определённой степени повторяет историческое развитие вида(филогенез), к которому относится данная особь». Однако в настоящее время в своем исходном виде этот закон не признается современной биологической наукой. По современной трактовке биогенетического закона, предложенной русским биологом А. Н. Северцовым в начале 20 века, в онтогенезе происходит повторение признаков не взрослых особей предков, а их зародышей. История создания Фактически «биогенетический закон» был сформулирован ещё задолго до возникновения дарвинизма. Немецкий анатом и эмбриолог Мартин Ратке описал жаберные щели и дуги у эмбрионов млекопитающих и птиц. Этьен Серра сформулировал «закон параллелизма Меккеля-Серра»: каждый организм в своем эмбриональном развитии повторяет взрослые формы более примитивных животных. Карл Бэр «В пределах типа эмбрионы, начиная с самых ранних стадий, обнаруживают известное общее сходство». Чарльз Дарвин впервые этот закон был сформулирован (довольно нечётко) в его книге «Происхождение видов» в 1859 г: «Интерес эмбриологии значительно повысится, если мы будем видеть в зародыше более или менее затененный образ общего прародителя, во взрослом или личиностном его состоянии, всех членов одного и того же большого класса» немецкий зоолог Фриц Мюллер В своей книге «За Дарвина, изданной в 1864 году, он выделяет курсивом мысль: «историческое развитие вида будет отражаться в истории его индивидуального развития». Э.Геккель. Онтогенез есть рекапитуляция филогенеза (во многих переводах — «Онтогенез есть быстрое и краткое повторение филогенеза») «Индивидуальное развитие особи ( онтогенез) до определённой степени повторяет историческое развитие вида(филогенез),к которому относится данная особь». Партеногене́з—одна из форм полового размножения организмов, при которой женские половые клетки (яйцеклетки) развиваются во взрослом организме без оплодотворения. Хотя партеногенетическое размножение не предусматривает слияния мужских и женских гамет, партеногенез всё же считается половым размножением, так как организм развивается из половой клетки. Считается, что партеногенез возник в процессе эволюции раздельнополых форм. ГЕНЕТИКА Полимери́я — взаимодействие неаллельных множественных генов, однонаправленно влияющих на развитие одного и того же признака; степень проявления признака зависит от количества генов. Полимерные гены обозначаются одинаковыми буквами, а аллели одного локуса имеют одинаковый нижний индекс. Например, наследование цвета кожи у людей, который зависит (в первом приближении) от четырёх генов с кумулятивным эффектом. Плейотропи́я— явление множественного действия гена. Выражается в способности одного гена влиять на несколько фенотипических признаков. Таким образом, новая мутация в гене может оказать влияние на некоторые или все связанные с этим геном признаки Плейотропия — это действие одного гена на несколько фенотипических признаков Ген рыжих волос обусловливает более светлую окраску кожи и появление веснушек. Фенилкетонурия (ФКУ), болезнь, вызывающая задержку умственного развития, выпадение волос и пигментацию кожи, может быть вызвана мутацией в гене, кодирующем фермент фенилаланин-4гидроксилаза, который в норме катализирует превращение аминокислоты фенилаланина в тирозин. Рецессивная мутация в гене, кодирующем синтез глобиновой части в гемоглобине (замена одной аминокислоты), вызывающая серповидную форму эритроцитов, изменения в сердечно-сосудистой, нервной, пищеварительной и выделительной системах. Арахнодактилия, вызываемая доминантной мутацией, проявляется одновременно в изменениях пальцев рук и ног, вывихах хрусталика глаза и врождённых пороках сердца. Галактоземия, вызываемая рецессивной мутацией гена, кодирующего фермент галактозо-1фосфатуридилтрансфераза, приводит к слабоумию, циррозу печени и слепоте. Белые голубоглазые коты имеют склонность к глухоте. Летальная мутация, вызывающая нарушения в развитии хрящей у крыс, приводит к смерти за счет большого количества патологий в разных системах организма. У овса окраска чешуйки и длина ости семени регулируются одним геном. Экспрессивность (от лат. expressio — выражение), выраженность фенотипического проявления генов. Некоторые гены у животных, растений и микроорганизмов характеризуются относительно постоянной Э., т. е. проявляются примерно одинаково у всех особей соответствующего генотипа. Например, на всех растениях пшеницы, гомозиготных по гену, обусловливающему отсутствие остей, развиваются безостые колосья. Другие же гены (и их, по-видимому, большинство) отличаются изменяющейся Э. У кроликов и некоторых других животных известен рецессивный ген гималайской ("горностаевой") окраски, обусловливающей своеобразную пятнистость меха (на белом или светлом фоне кончики лап, ушей, морды и хвоста имеют чёрную окраску). Однако такая окраска развивается только при выращивании молодняка гималайской породы при умеренных температурах. При повышенной температуре весь мех у особей того же гималайского генотипа оказывается белым, а при пониженной — чёрным. Этот пример указывает на то, что на Э. влияют факторы внешней среды, в данном случае температуры. При одинаковых условиях внешней среды Э. гена может варьировать в зависимости от генотипической среды, т. е. от того, в сочетании с какими другими генами данный ген входит в состав генотипа. пенетрантность — основные взаимосвязанные показатели фенотипической изменчивости проявления генов, широко применяемые в феногенетике, медицинской генетике, селекции животных, растений и микроорганизмов. Это понятие подразумевает возможность проявления или непроявления признака у организмов, одинаковых по исследуемым генотипическим факторам. пример плейотропного действия гена - доминантная платиновая окраска лисиц с рецессивным летальным действием. Как показал Д.К. Беляев с сотрудниками, можно добиться рождения живых щенков, гомозиготных по доминантной аллели платиновой окраски, если варьировать длину дня для беременных самок. Таким образом, пенетрантность проявления летального эффекта может быть снижена (уже не будет 100%-ной). Пенетрантность выражается долей особей, проявляющих исследуемый признак среди всех особей одинакового генотипа по контролируемому (изучаемому) гену. От внешней среды и генов-модификаторов может зависеть и степень выраженности признака. Например, дрозофила, гомозиготная по аллели vgvg (зачаточные крылья), более контрастно проявляет этот признак при понижении температуры. Другой признак дрозофилы - отсутствие глаз (еуеу) варьирует от 0 до 50% от числа фасеток, характерного для мух дикого типа. Степень проявления варьирующего признака называется экспрессивностью. Экспрессивность обычно выражают количественно в зависимости от уклонения признака от дикого типа. Оба понятия - пенетрантность и экспрессивность - были введены в 1925 г. Н.В. ТимофеевымРесовским для описания варьирующего проявления генов Гетерогаметный женский пол характерен для чешуекрылых насекомых, пресмыкающихся и птиц. Виды изменчивости. Всеобщее свойство живых организмов приобретать отличия от особей как других видов, так и своего вида называют изменчивостью. Конечно, однояйцевые близнецы очень похожи, но всегда есть хотя бы одна родинка, которая их отличает. А если, к примеру, один из близнецов увлекается культуризмом, а другой — шахматами, то различия в их фенотипе будут выражены очень заметно. Различают два вида изменчивости: модификационную (фенотипическую) и наследственную (генотипическую). основные характеристики модификационной изменчивости: — модификационные изменения не передаются потомкам; — модификационные изменения возникают у многих особей вида и зависят от воздействия окружающей среды; — модификационные изменения возможны только в пределах нормы реакции, т. е. в конечном счете они определяются генотипом. Наследственная изменчивость. Наследственная изменчивость обусловлена изменениями в генетическом материале и является основой разнообразия живых организмов, а также главной причиной эволюционного процесса, так как она поставляет материал для естественного отбора. Наследственная изменчивость проявляется в двух формах — комбинативной и мутационной. В основе комбинативной изменчивости лежит половой процесс, в результате которого возникает огромный набор разнообразных генотипов. Вторая ее причина — кроссинговер. Мало того что каждая наша клетка несет хромосомы дедушек и бабушек, определенная часть этих хромосом получила в результате кроссинговера часть своих генов от гомологичных хромосом, принадлежавших ранее другой линии предков. Такие хромосомы называют рекомбинантньши. Участвуя в формировании организма нового поколения, они приводят к неожиданным комбинациям признаков, которых не было ни у отцовского, ни у материнского организма. Наконец, третья причина комбинативной изменчивости — случайный характер встреч тех или иных гамет в процессе оплодотворения. Все три процесса, лежащие в основе комбинативной изменчивости, действуют независимо друг от друга, создавая огромное разнообразие всевозможнейших генотипов. Возникновение изменений в наследственном материале, т. е, в молекулах ДНК, называют мутационной изменчивостью. Причем изменения могут происходить как в отдельных молекулах (хромосомах), так и в числе этих молекул. Мутации происходят под влиянием разнообразных факторов внешней и внутренней среды. Впервые термин «мутация» был предложен в 1901 г. голландским ученым Г. де Фризом, описавшим самопроизвольные мутации у растений. Мутации появляются редко, но приводят к внезапным скачкообразным изменениям признаков, передающихся из поколения в поколение. Дарвин выделял такие виды изменчивости: определенная, неопределенная, почковые вариации, коррелятивная (соотносительная), индивидуальная, уродства, изменчивость вследствие скрещивания и изменчивость вследствие "влияния привычки и упражнения и неупражнения органов". Изменчивость определенная (модификационная) — это изменчивость "когда все или почти все потомство особей, подвергавшихся в течение нескольких поколений известным условиям, изменяется одинаковым образом". Например, вес животных определенно зависит от количества еды и ее качества, толщина кожи и ее волосистость - от климата. Неопределенная изменчивость — это "бесконечно разнообразные незначительные особенности, которыми отличаются особи того же вида и которые невозможно объяснить унаследованием их от одного из родителей или от более отдаленных предков". Таковыми, по Дарвину, есть "резко выраженные отличия, проявляющиеся у молоди одного помета и у семян из одной и той же коробочки". Индивидуальные различия — это многочисленные незначительные различия, появляющиеся в потомстве одних и тех же родителей или у особей одного и того же вида, обитающих в одной и той же ограниченной местности. Особи одного вида, благодаря индивидуальным отличиям, различаются по многим признакам. Уродства, случайные единичные изменения — неожиданные и значительные уклонения в организации отдельных особей. Так, свиньи иногда рождаются с чем-то в виде хобота. Почковые вариации — изменчивость вследствие того, что растение внезапно дает почку, одну из многих тысяч, имеющую совсем новые особенности, весьма отличную от всех остальных почек на том же самом растении. Например, махровые цветки на обыкновенной розе, нектарины гладкие плоды на обыкновенном персиковом дереве. Классифицируют: делеции (утрата участка хромосомы), инверсии (изменение порядка генов участка хромосомы на обратный), дупликации (повторение участка хромосомы), транслокации (перенос участка хромосомы на другую) Отдел Плауновидные Почти достоверно предками плауновидных можно считать зостерофиллофитов. Наибольшего развития плауновидные достигли в позднем палеозое. В настоящее время этот отдел представлен небольшим числом родов и видов. Современные представители – многолетние травянистые растения, обычно вечнозеленые. Среди ископаемых были как травянистые, так и мощные древесные формы. Плауновидные представлены как равноспоровыми, так и разноспоровыми растениями. Отдел включает два класса: плауновые ( Lycopodiopsida ) и полушниковые ( Iso ё topsida ). Плауновидные схожи со мхами своими ползучими или приподнимающимися стеблями, которые покрыты маленькими спирально расположенными листочками, но плауны являются настоящими сосудистыми растениями (эволюционно более продвинутыми). Наличие сосудистой ткани, проводящей воду и питательные вещества, а также настоящих корней сближает плауновидные с папоротниковидными и семенными растениями. Плауновидные образовали свой особый мир, развивший многочисленные (параллельные остальным папоротникообразным) формы. Изначально они были, по-видимому, травянистыми растениями с расположенными на верхней стороне боковых листьев-энациев спорангиями. Так выглядят и некоторые современные плауны, например, Плаун-баранец (Huperzia selago). Другие развили специализированные спороносные колоски, как у плауна годичного и плауна булавовидного[1]. Для представителей современных плауновидных характерно образование листьев, точнее листовидных органов (филлоидов) в виде выростов внешних тканей стебля (энациев), тонких и не имеющих своей проводящей системы. Такие формы растений принадлежат микрофильной линии эволюции. Споры образуются на верхней стороне листочков, называемых спорофиллами, которые обычно собраны в колоски или шишечки (стробилы) на концах вертикально поднимающихся побегов. Как и у папоротников, споры плауна образуют заростки с антеридиями и архегониями; после оплодотворения на заростках из зигот прорастают спорофиты, и цикл повторяется вновь. Заросток у большинства плаунов подземный, бесформенный, а сперматозоиды — двужгутиковые, как у мохообразных и харовых водорослей. Некоторые плауновидные (селагинеллы и полушники) образуют мужские и женские споры. Разноспоровость — это общая тенденция всех папоротникообразных, проявлявшаяся и у хвощей, и у папоротников, а у предков семенных растений достигшая вершины своего развития, выразившегося в образовании семени. Разноспоровые плауны также едва не достигли уровня семенных растений (у некоторых селагинелл и ископаемых полушников женская спора прорастает, не покидая спорангия), но, по-видимому, «опоздали» и не смогли дать начало семенным плауновидным. Многие данные указывают на то, что плауновидные, как и другие споровые растения, а также мхи, произошли от риниофитов (псилофитов) — группы древних вымерших наземных растений. Есть и другая точка зрения, согласно которой плауновидные, мхи и риниофиты имеют общее происхождение от ещё более древней группы растений. Псилофиты В процессе исторического развития растения стали осваивать сушу. Первыми наземными растениями были псилофиты (от греч. psilos - "голый", "лысый"). Примерно 400 млн. лет назад, в силурийском периоде, они обитали на всех материках, но в позднем девоне, просуществовав несколько десятков миллионов лет, вымерли и не сохранились среди современных растений. По-видимому, на Земле сильно изменились условия жизни, они стали неблагоприятными для псилофитов. Псилофиты росли на болотистых местах, образуя густые заросли. Они достигали в высоту 40 - 50 см, а некоторые из них 1 - 1,5 м. У псилофитов не было настоящих листьев. Внешне они были похожи на водоросли. Сходство псилофитов с многоклеточными водорослями свидетельствует об их родстве и происхождении от древних водорослей. Поскольку псилофиты произрастали в условиях избыточной влажности и были преимущественно болотными растениями, то они не испытывали недостатка в воде. Поэтому у псилофитов была слабо развита проводящая система. В то же время значительная часть тела у псилофитов находилась в воздушной среде, она нуждалась в защите от высыхания. В процессе исторического развития у псилофитов появился эпидермис с устьицами, которые регулировали испарение воды. В нижней части стебля образовались выросты - ризоиды, с помощью которых всасывались вода с растворенными в ней минеральными веществами. Наличие этих признаков позволяет считать псилофитов первенцами настоящих высших наземных растений. Таким образом, псилофиты - самая простая по строению и самая древняя группа высших растений. Роль псилофитов в эволюции растительного мира исключительно велика. Ученые считают, что псилофиты - предки высших растений: моховидных и папоротниковидных. Царство Грибы Общая характеристика. Грибы — царство живых организмов, которые сочетают в себе признаки растений и животных. Грибы изучает наука – микология. С растениями их сближает-. 1) наличие хорошо выраженной клеточной стенки; 2) неподвижность в вегетативном состоянии; 3) размножение спорами; 4) способность к синтезу витаминов; 5) поглощение пищи путем всасывания (адсорбции). Общим с животными является: 1) гетеротрофность; 2) наличие в составе клеточной стенки хитина, характерного для наружного скелета членистоногих; 3) отсутствие в клетках хлоропластов и фотосинтезирующих пигментов; 4) накопление гликогена как запасного вещества; 5) образование и выделение продукта метаболизма — мочевины. Эти особенности строения и жизнедеятельности грибов позволяют считать их одной их самых древних групп эукариотных организмов, не имеющих прямой эволюционной связи с растениями, как считалось ранее. Грибы и растения возникли независимо от разных форм микроорганизмов, обитавших в воде. Строение грибов. Вегетативное тело подавляющего большинства видов грибов — это мицелий, или грибница, состоящая из тонких бесцветных (иногда слегка окрашенных) нитей, или гиф, с неограниченным ростом и боковым ветвлением. В процессе приспособления к различным наземным условиям обитания у грибов возникают многочисленные видоизменения мицелия: это склероции, столоны, ризоиды, ризоморфы, аппрессории, гаустории и др. Например, с помощью столонов — воздушных дугообразных гиф — гриб быстро распространяется по субстрату. Столоны прикрепляются к субстрату ризоидами. Функцию прикрепления выполняют и аппрессории, имеющие вид плоских утолщений на ветках гиф. Гаустории, характерные для грибов-паразитов, представляют собой специальные выросты мицелия, проникающие в клетки хозяина и поглощающие из них питательные вещества. Размножение. Грибы размножаются бесполым и половым способами. Бесполое размножение происходит частями мицелия или отдельными клетками, которые дают начало новому мицелию. Дрожжевые грибы размножаются почкованием. Бесполое размножение может осуществляться также посредством эндо- и экзогенных спор. Эндогенные споры образуются внутри специализированных клеток — в спорангиях. Экзогенные споры, или конидии, возникают открыто на концах особых специализированных выростов мицелия, называемых конидиеносцами. Попав в благоприятные условия, спора прорастает, и из нее формируется новый мицелий. Половое размножение у грибов особенно многообразно. У некоторых групп грибов половой процесс происходит путем слияния содержимого двух клеток на концах гиф. У Аскомицетов (сумчатых) грибов при этом наблюдается слияние содержимого антеридия и женского органа полового размножения (архегония), не дифференцированного на гаметы, а у базидиальных грибов — слияние содержимого двух вегетативных клеток, при котором между ними часто образуются выросты, или анастомозы. Питание. По способу питания различают две основные группы грибов: сапротрофы и симбионты. Для последних характерны паразитизм и мутуализм. Разнообразие форм прокариот: 1 - кокк; 2 - диплококк; 3 - сардина; 4 - стрептококк; 5 - колония сферической формы; 6 - палочковидные бактерии (одиночная клетка и цепочка клеток); 7 - спириллы; 8 - вибрион; 9 - бактерии, имеющие форму замкнутого или незамкнутого кольца; 10 бактерии, образующие выросты ( простеки ); 11 - бактерия червеобразной формы; 12 - бактериальная клетка в форме шестиугольной звезды; 13 - представительактиномицетов ; 14 - плодовое тело миксобактерии ; 15 - нитчатая бактерия рода Caryophanon с латерально расположенными жгутиками; 16 - нитчатая цианобактерия, образующая споры ( акинеты ) игетероцисты ; 8, 75, 17, 18 - бактерии с разными типами жгугикования; 19 - бактерия, образующая капсулу; 20 - нитчатые бактерии группы Sphaerotilus , заключенные в чехол, инкрустированный гидратом окиси железа; 21 - бактерия, образующая шипы; 22 - Gallionella sp. Царство Растений Общие признаки Клетки растений имеют плотные целлюлозные оболочки. В клетках находятся зелёные пластиды — хлоропласты, в них зелёный пигмент хлорофилл, поэтому возможен фотосинтез (получение энергии из неорганических веществ на свету при участии фотосинтетических пигментов). Благодаря хлоропластам большинство растений имеет зелёный цвет. В основном ведут прикреплённый образ жизни. Запасные вещества в клетках накапливаются в виде крахмала. Растут в течение всей жизни. Жизнедеятельность регулируется фитогормонами. В современной систематике царство растений делится на три подцарства: настоящие водоросли, багрянки (красные водоросли) и высшие растения (зародышевые). В эти три подцарства включены все произрастающие на Земле 350 тысяч видов растений. Они различаются размерами – от очень маленьких до огромных растений. Все представители царства растений отличаются друг от друга жизненными формами (травы, деревья, кустарники), длительностью периода жизнедеятельности (многолетние, однолетние, двулетние), требованиями к условиям окружающей среды, типами размножения. Отделы царства растений Все растения распределены по основным отделам царства растений. Это мхи, плауны, папоротники, голосеменные, хвощи и покрытосеменные (цветковые) растения. Представители отдела покрытосеменных (цветковых) растений, в свою очередь, разделены на два класса – двудольные и однодольные. Разные типы размножения растений обусловливают их деление на семенные растения и размножающиеся спорами. С учетом требований растений к условиям произрастания выделяют теплолюбивые растения и холодостойкие, теневыносливые и светолюбивые, засухоустойчивые и влаголюбивые. Те растения, средой обитания которых является вода, называются водными. Значение растений на Земле огромно. Именно представители царства растений – первичные производители органических веществ. Доказано, что весь имеющийся в атмосфере кислород появился, благодаря жизнедеятельности растений, а точнее - фотосинтезу. Растительные сообщества являются естественной средой обитания животных и человека, при этом обеспечивая их едой, в том числе косвенно, участвуя в образовании почвы. Растения служат сырьем для получения разных технологических материалов, топлива, строительных материалов, лекарственных средств. Некоторые виды растений стали культурными, и из них получают ценные пищевые продукты. Цветок Цветок - генеративный орган покрытосеменных растений. Он представляет собой видоизмененный в процессе эволюции укороченный побег с ограниченным ростом. Функции цветка: осуществляет все процессы полового размножения - образование спор, гаметофитов, опыление, оплодотворение, формирование зародыша, семени, плода. Строение. Цветок состоит из стеблевой (цветоножка, цветоложе) и листовых частей (чашелистики, лепестки, тычинки, пестики). Часть побега, соединяющая цветок со стеблем называется цветоножкой. Если цветоножка укорочена или отсутствует, то цветок называют сидячим. Верхняя расширенная часть цветоножки, к которой прикрепляются все части цветка, называется цветоложем. Чашелистики и лепестки образуют околоцветник. Околоцветник может состоять из чашечки и венчика. Чашечка - наружный круг околоцветника, образованный совокупностью чашелистиков обычно небольших размеров, зеленого цвета. Она выполняет функцию защиты внутренних частей цветка до раскрывания бутона. Венчик - это внутренняя часть околоцветника - образован совокупностью лепестков, более крупных размеров, чем чашечка, разнообразной яркой окраски. Околоцветник бывает двойным - с чашечкой и венчиком (роза, малина, земляника, гвоздика), простым венчиковидным - без чашечки (тюльпан, лилия), простым чашечковидным - без лепестков (свекла, крапива, конопля). Существуют цветки, не имеющие околоцветника (ясень, осока, ива), их называют голыми. К репродуктивным частям цветка относят тычинки и пестики. Они выполняют функцию полового размножения. Тычинки - части цветка, образующие споры и пыльцу. Тычинка состоит из тычиночной нити и пыльника. Функция тычиночной нити - прикрепление тычинки к цветоложу и вынос пыльника для лучшего распространения пыльцы. Пыльник расположен на верхушке тычиночной нити. В нем формируются пыльцевые мешки, и созревает пыльца (пыльцевые зерна). Совокупность всех тычинок одного цветка называется андроцеем. Пестик - репродуктивная часть цветка, состоит из завязи, столбика и рыльца. Внутри завязи находятся один или несколько семязачатков. Совокупность пестиков одного цветка называется гинецеем. Классификация цветков I. По форме околоцветника 1. Правильные. Через цветок можно провести несколько осей симметрии (розоцветные, крестоцветные). 2. Неправильные. Через цветок можно провести только одну ось симметрии (горох). 3. Асимметричные. Нельзя провести ни одной оси симметрии.(Орхидные) 4. II. По расположению на побеге 1. Верхушечные - образуются на верхушке побега. 2. Боковые - располагаются в пазухе листьев по бокам побега. III. По половой принадлежности. 1. Мужские (тычиночные) цветки имеют только андроцей. 2. Женские (пестичные) цветки имеют только гинецей. 3. Обоеполые цветки (андроцей и гинецей в одном цветке). Если на одном растении располагаются и женские и мужские цветки, оно называется однодомным (кукуруза, огурец). Если мужские цветки располагаются на одном растении, а женские на другом растение называется двудомным (тополь, ива, облепиха). Для краткой записи строения цветка используются специальные формулы, в которых указываются части цветка, их количество и особенности расположения и строения. Чашелистики обозначаются буквой Ч, лепестки венчика - Л, тычинки - Т, пестики - П. Их количество - цифрой около соответствующей буквы, знак бесконечности проставляется в том случае, если частей цветка больше 10. Срастание частей цветка скобками, знаком + - расположение частей цветка в разных кругах, запятая ставится между частями, отличающимися своим строением. Перед формулой правильных цветков ставится знак *, а неправильных стрелка. Процесс переноса пыльцы на рыльце пестика называется опылением. При самоопылении на пестик попадает пыльца того же растения. Если перенос пыльцы осуществляется между цветками разных особей, то происходит перекрестное опыление. Оно происходит у 90% растений, т.к. повышает разнообразие потомков. Поэтому в процессе эволюции выработался ряд приспособлений, ограничивающих самоопыление: 1. двудомность. 2. созревание пыльцы и семязачатка в разное время. 3. расположение рыльца пестика и пыльника на разной высоте. 4. неспособность пыльцы прорастать на рыльце пестика своего цветка. Соцветия, их типы и биологическая роль Соцветия - это группа из нескольких цветков, расположенных на одном цветоносном стебле. Типы соцветий: Кисть - соцветие, у которого на длинной оси располагаются цветки на цветоножках одинаковой длины (черемуха). Колос - на длинной оси колоса располагаются сидячие цветки (подорожник). Початок - Вытянутая ось соцветия утолщена, и на ней располагаются сидячие цветки (кукуруза). Зонтик - цветки имеют цветоножки одинаковой длины, которые прикрепляются на верхушке главной оси (лук). Щиток - на длинной оси соцветия располагаются цветки, у которых цветоножки имеют различную длину, поэтому все цветки расположены в одной плоскости (рябина). Головка - соцветие имеют короткую, утолщенную ось, а на ней расположены сидячие цветки (клевер). Корзинка - ось соцветия имеют форму блюдца, на ней располагаются сидячие цветки (подсолнечник). Сложный зонтик - к верхушке оси соцветия прикрепляются не цветки, а зонтики (укроп). Сложный колос - на оси колоса располагаются не цветки, а колосья (пшеница). Сережка - это повислый колос (береза). Метелка - соцветие, у которого на оси располагаются кисти или щитки (овес, сирень). Значение соцветий: Цветки в соцветии заметнее для насекомых опылителей. Увеличение вероятности опыления ветром. Последовательное распускание цветков имеет преимущества: если при цветении первых цветков условия для опыления были неблагоприятными, то последующие могут опылиться. Плод Плод - это орган размножения и расселения покрытосеменных растений, развивающийся из цветка после оплодотворения. Функции плодов: защита формирующихся и распространение зрелых семян. Плод образуется из завязи пестика. Стенки завязи видоизменяются и формируют околоплодник, окружающий семена. Цветоножка превращается в плодоножку. У многих растений в образовании плода участвуют цветоложе, основания тычинок, лепестков, чашелистиков. Строение. Плод состоит из семян, окруженных околоплодником. Краткая характеристика различных типов плодов: Орешек - сухой односемянный плод, невскрывающийся. Околоплодник твердый деревянистый. (береза, гречиха) Особый вид многоорешка - плод земляники, у которого орешки расположены на поверхности мясистого цветоложа. У шиповника многоорешки располагаются внутри мясистого цветоложа. Боб - сухой многосемянный плод, свойственный бобовым. При созревании раскрывается по двум швам (брюшному и спинному), распадаясь на две части. Семена прикрепляются к створкам (горох). Бобы могут не вскрываться створками, а разделяться на части, содержащие по одному семени. Костянка - сочный односемянный плод, невскрывающийся. Для нее характерна твердая косточка, образовавшаяся из внутренних слоев околоплодника (слива, вишня, персик, черемуха). Плод, состоящий из многих костянок, расположенных на общем цветоложе, называют многокостянкой (малина, еже¬вика, костяника). Орех - крупный односемянный плод с деревянистым твердым околоплодником (фундук, лещина). Коробочка - многосемянный плод с сухим вскрывающимся околоплодником. (зверобой, табак, мак, белена, подорожник). Стручок - сухой многосемянный плод. Состоит из двух створок и центральной перегородки, на которой расположены семена. Вскрывается снизу вверх, разделяясь на две части, между которыми располагается перегородка с семенами (крестоцветные). Стручочки - это стручки, у которых длина приблизительно равна ширине (пастушья сумка). Зерновка - односемянный плод, невскрывающийся, у которого тонкий пленчатый околоплодник настолько тесно прилегает к семенной кожуре, что кажется сросшимся с ней (злаки). Семянка - односемянный плод с кожистым околоплодником, легко отделяющимся от семени. Он содержит одно семя, не вскрывается при созревании (сложноцветные). Ягода - многосемянный плод, в зрелом состоянии имеет мясистый сочный околоплодник (виноград, томат, паслен, картофель, брусника, голубика, клюква). Тыквина - плод, близкий к ягоде, но отличающийся более плотным околоплодником (тыква, арбуз, огурец). Яблоко - многосемянный, невскрывающийся плод, с более плотным, чем у ягоды, околоплодником (яблоня, рябина, боярышник). Таким образом, плоды различаются по следующим признакам: 1. По консистенции околоплодника: Сухие плоды (листовка, орешек, стручок, боб). Сочные плоды (ягода, костянка, тыквина, яблоко). A. B. 2. По количеству семян в плоде: Односемянные (семянка, орех, зерновка). Многосемянные (ягоды, яблоко, стручок). A. B. 3. По способу вскрывания: Невскрывающиеся (орешек, семянка). Вскрывающиеся (коробочка, стручок, боб). A. B. Соплодие - это совокупность сросшихся между собой зрелых плодов, которые выглядят как один плод (ананас, свекла, инжир, шелковица). Соплодия свеклы (сухие семена) образуются в результате срастания плодов в числе от 2 до 8. Они представляют собой клубочки с жестким покровом, образующимся из одревесневающего околоцветника. Соплодия свеклы (сухие семена) Таким образом, соплодие является метаморфозом (видоизменением) соцветия или его частью в результате срастания цветков, плодов, сильного разрастания частей цветка, осей соцветия. Распространение плодов и семян плоды и семена распространяются ветром. У них обычно образуются различные крылатые выросты - летучки (плоды одуванчика, клена, березы; семена тополя, осины, ивы). распространение с помощью воды. Семена и плоды имеют выросты, заполненные воздухом или волоски, не смачивающиеся водой (кувшинка ивы). распространение с помощью животных. Эти плоды и семена могут поедаться животными (сочные плоды) или имеют приспособления для прикрепления к покровам животных (прицепки у лопуха, череды, клейкие семена подорожника). саморазбрасывание семян у недотроги, фиалок, кислицы, бешенного огурца. Семя Семя покрытосеменных растений - это видоизмененный в процессе двойного оплодотворения семязачаток. Строение семени и происхождение его частей. Семя состоит из зародыша и запасных питательных веществ, покрытых семенной кожурой. Зародыш развивается из оплодотворенной яйцеклетки, т.е. из зиготы. Из оплодотворенного центрального ядра формируется эндосперм. Покровы семяпочки превращаются в кожуру семени. Семенная кожура. Покрывает семя снаружи, обеспечивая защиту. Если на ней образуются выросты, то семенная кожура участвует в расселении семян. Запасающие питательные ткани содержат масла (у масличных растений), крахмал (у злаков) или белки (у бобовых). Как правило, запасающей питательной тканью у растений является эндосперм. Эндосперм чаще твердый. Зародыш - это будущее растение. Он состоит из зародышевого корешка, стебелька и почечки. Первые листья зародыша называются семядоли. Строение семян двудольных и однодольных растений. Главное отличие семян заключается в строении зародыша. Двудольные растения. Зародыш у них имеет две семядоли, между которыми находится конус нарастания зародышевого стебля. Семядоли покрыты эпидермисом и заполнены клетками, богатыми запасными питательными веществами, которые используются растением при прорастании семян. Однодольные растения. Зародыш имеет одну семядолю. У злаков единственная видоизмененная семядоля зародыша называется щиток. Щиток прилегает к эндосперму Прорастание семян. Далеко не все семена обладают способностью прорастать сразу после отделения от материнского растения. У большинства цветковых растений созревшие семена переходят в состояние покоя. Это очень важно в условиях сезонного климата, чтобы проростки не погибали в неблагоприятных условиях осенью и зимой. Выявлено несколько причин, по которым семена не прорастают Недоразвитие зародыша Накопление веществ, затормаживающих рост. Очень плотные оболочки, защищающие от попадания влаги. Многие семена сохраняют всхожесть (способность к прорастанию) до нескольких десятков лет, создавая запас семян в почве. Прорастание обычно начинается с набухания семени и появления корня из-под покровов семени, затем начинают расти и зеленеть семядоли, из зародышевого стебелька развивается побег. Как только в семя поступает вода, в нем резко усиливается дыхание, и активизируются вещества, которые превращают запасные питательные вещества в усваиваемую клеткой форму. Питательные вещества перемещаются в зародыш и используются для деления, роста и жизнедеятельности клеток. Условия прорастания семян: Влажность. Для активизации ферментов, ускоряющих поглощение запасных питательных веществ зародышем. Воздух (кислород) для перехода питательных веществ в усвояемую форму. Солнечный свет нужен не для всех растений. Тепло. Для различных видов существует свой температурный оптимум. Побег Побег - это стебель с листьями и почками. Стебель - это ось побега, он связывает корни с листьями. Лист - это боковая часть побега. Его основная функция — фотосинтез и транспирация. Почка - это зачаточный побег. Функции побега: 1. Фотосинтез (осуществляется листьями и иногда стеблем). 2. Опорная (осуществляется механическими тканями стебля). 3. Проводящая (осуществляется проводящими тканями стебля и листа). 4. Запасающая (осуществляется паренхимой стебля и, в некоторых случаях, листа). 5. Вегетативное размножение. Происхождение: Побег сформировался в ходе эволюции растений при переходе их к наземному образу жизни. Сначала он состоял из одних стеблей (как у вегетативных побегов хвощей). Затем на нем появились листья. Побег развивается из почки. Почка – зачаточный побег, состоящий из укороченного стебля с зачаточными листьями. Она покрыта почечными чешуями, плотно прилегающими друг к другу. Почечные чешуи – это видоизмененные листья, они защищают почку от механических повреждений, от холода, излишнего тепла, испарения, от проникновения болезнетворных бактерий и грибов. По месту расположения на растении различают следующие типы почек Верхушечные. Они располагаются на верхушке стебля. Из верхушечной почки образуется главный побег. Боковые почки (пазушные). Они расположены по бокам стебля, над местом прикрепления листа (т. е. в пазухе листа). Из боковых почек формируются боковые побеги, происходит ветвление (т. е. образование системы побегов). Придаточные почки. Они располагаются на любой части стебля вне пазухи листа, а также на корнях и листьях. Благодаря придаточным почкам происходит образование побегов при вегетативном размножении. Типы почек по функциям: Вегетативная почка состоит из конуса нарастания стебля, зачатков листьев и зачатков почек. Она покрыта почечными чешуями. Генеративная почка (цветочная) заключает в себе зачаток соцветия или одиночный цветок, прикрытый почечными чешуями. Вегетативно-генеративная почка заключает в себе зачаточные листья и почки, а конус нарастания превращен в зачаточный цветок или соцветие. Образование побега из почки начинается с разрастания листовых зачатков и роста зачаточного стебля. Наружные почечные чешуи быстро подсыхают и опадают при начале развертывания почки. От них у основания побега остаются сближенные рубцы, так называемое почечное кольцо, которое хорошо заметно на ветвях деревьев и кустарников. По числу почечных колец можно подсчитать возраст ветви. Побеги, вырастающие из почек за один вегетативный период (весна лето) называют годичным приростом. Видоизменения побегов Видоизменения побегов произошли в процессе длительной эволюции, как приспособления к выполнению специальных функций (запаса питательных веществ, прикрепления, защиты). Различают следующие видоизменения побегов: Корневище. Многолетний подземный побег, имеющий листья в виде бесцветных или бурых чешуи, в пазухах которых расположены почки. Функции: запас веществ и вегетативное размножение (ландыш, фиалка, пырей, земляника, брусника, черника). Клубень - видоизмененный побег с ярко выраженной запасающей функцией стебля. На стебле хорошо различимы почки. Они располагаются в пазухах чешуевидных листьев. Чешуи быстро отмирают, и на их месте образуются рубцы. У картофеля почки называются глазки, а рубцы от чешуевидных листьев - бровки. Клубни могут располагаться над землей (кольраби) или в почве (картофель, топинамбур). Подземные клубни обычно образуются на столонах - недолговечных подземных побегах с чешуевидными листьями. Верхушка этих побегов разрастается, образуя клубень. Функции клубня: запас питательных веществ и вегетативное размножение (картофель, кольраби, топинамбур). Клубнелуковица - это облиственный клубень, т. е. клубень, покрытый чешуевидными сухими листьями и по внешнему виду напоминающий луковицу. Функции: запас питательных веществ (гладиолус, крокус). Луковица - это укороченный побег, стеблевая часть которого называется донцем. В луковице различают два типа видоизмененных чешуевидных листьев: листья сочные, запасающие воду с растворенными питательными веществами, и листья сухие, покрывающие луковицу снаружи. Из верхушечных и пазушных почек вырастают зеленые надземные побеги, а на донце образуются придаточные корни. Функции: запас пита-тельных веществ, вегетативное размножение (лук, лилии, тюльпаны, нарцисс, чеснок). Надземные столоны (плети) или «усы». Недолговечные ползучие побеги, обычно лишенные развитых зеленых листьев. Верхушечная почка дает розетку листьев, на стебле образуются придаточные корни. Функции: вегетативное размножение (земляника). Колючки - укороченные побеги, имеющие ограниченный рост. На них не образуются листья и почки. Колючки располагаются на стебле в пазухах листа. Функции: защита (боярышник, гледичия). Усики - побеги, у которых не образуются листья, а стеблевая часть изгибается, обвиваясь вокруг опоры. Функция: прикрепление к опоре (виноград, огурец). Суккулентные побеги. Надземные побеги, приспособленные для накопления воды. Сочный стебель выполняет функцию запаса воды и фотосинтеза, а листья исчезают или превращаются в колючки (кактусы, молочаи). Стебель Стебель - это осевая часть побега, несущая на себе листья, почки и цветки. Функции стебля Проводящая - связывает подземные и надземные органы (ксилема, флоэма) Проводящие ткани растений — это ксилема (древесина) – мертвые клетки и флоэма (луб). По древесине (ксилеме) (по трахеидам и сосудам) вода с растворёнными минеральными веществам поднимается от корней к листьям — это водопроводящий, или восходящий, ток. По лубу (флоэма) (по ситовидным трубкам) образовавшиеся в зелёных листьях органические вещества поступают к корням и другим органам растения — это нисходящий ток. Запасающая - накапливает питающие вещества и воду (паренхима) . Паренхима состоит из живых паренхимных, более или менее округлых клеток с тонкими целлюлозными стенками. Между клетками имеются межклетники. В клетках обычно заметны вакуоли. Основная паренхима может выполнять какую-либо основную функцию, например, в листе она является ассимилирующей, в органах водных растений пронизана воздухоносными ходами и носит название аэренхимы. Особенно часто основная ткань служит для отложения запасных продуктов. Сердцевина расположена в центре стебля и состоит преимущественно из паренхимы. Сердцевина многих растений частично разрушается, и тогда стебель становится полым. В стебле сердцевина сообщается с первичной корой при помощи паренхимной ткани, расположенной радиальными рядами и получившей название сердцевинных лучей.; Вегетативное размножение - за счет образования придаточных почек и корней (клетки живых тканей); Фотосинтезирующая - как правило, молодые однолетние стебли (фотосинтезирующая паренхима). фотосинтезирующая паренхима Синонимы: ассимиляционная паренхима - основная ткань, в клетках которой находятся хлоропласты, обеспечивающие процесс фотосинтеза. Ф. п. листа называют мезофиллом, Ф. п. стебля – хлоренхимой Ориентация листьев в пространстве - механические ткани. Механи́ческая ткань — вид ткани в растительном организме, волокна из живых и мёртвых клеток с сильно утолщённой клеточной стенкой, придающие механическую прочность организму. Возникает из верхушечной меристемы, а также в результате деятельности прокамбия и камбия. Степень развития механических тканей во многом зависит от условий и почти отсутствуют у растений влажных лесов, у многих прибрежных растений, но зато хорошо развиты у большинства растений засушливых местообитаний. Механические ткани присутствуют во всех органах растения, но наиболее они развиты по перифериистебля и в центральной части корня. Выделяют следующие типы механических тканей: колленхима — эластичная опорная ткань первичной коры молодых стеблей двудольных растений, а также листьев. Состоит из живых клеток с неравномерно утолщёнными неодревесневшими первичными оболочками, вытянутыми вдоль оси органа. Создаёт опору растению. склеренхима — прочная ткань из быстро отмирающих клеток с одревесневшими и равномерно утолщёнными оболочками. Обеспечивает прочность органов и всего тела растений. Различают два типа склеренхимных клеток: волокна — длинные тонкие клетки, обычно собранные в тяжи или пучки (например, лубяные или древесинные волокна). склереиды — округлые мёртвые клетки с очень толстыми одревесневшими оболочками. Ими образованы семенная кожура, скорлупа орехов, косточки вишни,сливы, абрикоса; они придают мякоти груш характерный крупчатый характер. Встречаются группами в корке хвойных и некоторых лиственных пород, в твердых оболочках семян и плодов. Их клетки круглой формы с толстыми стенками и маленьким ядром. Признаки стебля Радиальная симметрия. Длительный верхушечный рост. Длительный рост в ширину. Характерно повторение однородных участков – метамеров (узел +междоузлие). На нем образуются листья и почки. В центре располагается сердцевина или воздушная полость. Механические ткани расположены по периферии. Типы стеблей по характеру расположения в пространстве Прямостоячий стебель расположен вертикально. Способен самостоятельно удерживать вертикальное положение. Приподнимающийся стебель - сначала растет горизонтально, а затем в вертикальном положении. Стелющийся стебель растет в горизонтальном направлении, параллельно поверхности земли. Если стелющийся стебель укореняется, то он называется ползучим. Вьющийся стебель растет вверх, но ему нужна дополнительная опора, т. к. в нем плохо развиты механические ткани. Вокруг опоры он и обвивается. Цепляющийся стебель растет, как и вьющийся, но цепляется за опору с помощью усиков. Анатомическое строение древесного стебля На поперечном срезе древесного стебля выделяется несколько зон: Кора. Стебель древесного растения покрыт пробкой. Несколько слоев клеток пробки предохраняют внутреннюю часть стебля от неблагоприятных условий среды. В пробковом слое есть чечевички. Через них летом осуществляется испарение воды и газообмен. В состав коры древесного стебля входит также луб. Он состоит из лубяных волокон, придающих стеблям гибкость и прочность, и ситовидных трубок, по которым сверху вниз проходят растворы органических веществ, вырабатываемых в процессе фотосинтеза листьями. Граница коры проходит по камбию. Камбий Камбий в стебле древесного растения располагаются сплошным кольцом (цилиндром). Клетки камбия мелкие, плотно прилегающие друг к другу, постоянно делятся. При этом к периферии стебля он откладывает флоэму (луб), а внутрь - ксилему (древесину). Причем клеток ксилемы он откладывает значительно больше, чем клеток флоэмы, поэтому слой ксилемы у древесных растений шире луба. Древесина Древесина (ксилема) составляет основную часть стебля. В ее состав входят проводящие клетки - сосуды, механические - волокна и запасающие - паренхима. У растений умеренного климата наблюдаются сезонные изменения в древесине, за счет которых видны годичные кольца. Ранней весной, когда в растении происходит сокодвижение, камбий формирует крупные сосуды, с широким просветом и тонкими стенками, а летом, мелкие. Таким образом, образуется годичное кольцо - прирост древесины за один сезон. По количеству годичных колец можно определить возраст растения, а по их ширине - в каких условиях оно произрастало (климат, количество осадков, повреждения вредителями). Сердцевина Сердцевина находится в центре стебля и состоит из клеток запасающей паренхимы. В ней накапливаются питательные вещества. Сердцевинный луч - ряд паренхимных клеток, которые проходят от сердцевины через древесину и луб. Функция сердцевинного луча - проводящая и запасающая. Передвижение питательных веществ в горизонтальной плоскости осуществляется с помощью сердцевинных лучей. Лист Лист - это боковая часть побега. Функции листа Фотосинтез - процесс образования органических веществ (глюкозы) из неорганических (углекислый газ и вода) под действием солнечного света (при участии хлорофилла) в фотосинтезирующей паренхиме. Транспирация - испарение воды растением (эпидерма). Газообмен - при дыхании поглощается кислород, выделяется углекислый газ, при фотосинтезе поглощается углекислый газ, а выделяется кислород. Внешнее строение листа. Типичный лист состоит из листовой пластинки, черешка и основания. Листовая пластинка выполняет основные функции листа, черешок - ориентирует листовые пластинки в пространстве, создавая листовую мозаику, т.е. такое размещение листьев на побеге, при котором они не затеняют друг друга. Основанием лист прикрепляется к стеблю. Если черешок отсутствует, лист называют сидячим. Листья могут быть простыми и сложными. Лист, имеющий одну листовую пластинку, называют простым. Лист называется сложным, когда на одном черешке располагаются несколько листовых пластинок на собственных черешочках. Простые листья бывают: Листорасположение - это определенный порядок размещения листьев на стебле. Различают три основных типа листорасположения: 1. очередное (спиральное), при котором к узлу прикрепляется только один лист (береза, яблоня). 2. супротивное, при котором к узлу прикрепляется два листа, расположенных один против другого (клен). 3. мутовчатое - к узлу прикрепляется три или больше листьев (вороний глаз). Типы жилкования: 1. Дуговое (ландыш). В листе образуется несколько крупных жилок, которые дугообразно изгибаются и проходят по листу, не соединяясь между собой. 2. Параллельное (злаки). Крупных жилок в листе несколько. Они проходят от основания в верхушке листа, не соединяясь между собой, параллельно друг другу и краю линейного листа. 3. Пальчатое (смородина). Крупных жилок в листе несколько. Они расходятся веером от основания листовой пластинки, не соединяясь между собой. 4. Перистое (береза, черемуха). Крупная жилка одна, от нее отходят мелкие боковые жилки. Цельными - края листовой пластинки не имеют вырезов. Расчлененными - края листовой пластинки имеют вырезы различной глубины Основные формы сложных листьев: 1. Тройчатосложные - к верхушке общего черешка прикрепляются три листовые пластинки (земляника). 2. Пальчатосложные - к верхушке общего черешка прикрепляется более трех листовых пластинок (каштан). 3. Перистосложные - листовые пластинки располагаются по длине общего черешка (горох посевной, рябина обыкновенная). Видоизменения листьев Колючки (кактус, барбарис). Защищают растения от поедания животными. Усики (горох). Служат для прикрепления к опоре. Ловчие аппараты растений - хищников (росянка). Служат для привлечения, ловли и переваривания насекомых. Анатомическое строение листа: Лист покрыт эпидермой. Основные клетки эпидермы защищают лист от высыхания, слишком яркого солнечного света и повреждений. У многих растений клетки эпидермы образуют выросты - волоски, защищающие лист от высыхания и повреждений животными. Через устьица осуществляется газообмен и регулируемая транспирация. Под эпидермой располагается фотосинтезирующая паренхима. Между ее клетками располагаются жилки листа. Они состоят их проводящей и механических тканей. Жилки листа выполняют опорную и проводящую функции. По ним в лист поступает вода с минеральными веществами, а из листа оттекают растворы органических веществ, образовавшиеся в результате фотосинтеза. Порядок расположения жилок в листе называется жилкованием. Особенности растений, произрастающих во влажных и сухих местах Растения засушливых мест - ксерофиты. Листья у них мелкие, часто видоизменены в колючки и чешуйки (кактус). Поверхность листьев покрыта восковым налетом или густо опушена волосками. У алоэ листья мясистые, запасающие воду. Растения сильно увлажненных местообитаний - гигрофиты. Листья у них крупные, тонкие, лишены волосков, со слабо развитой кутикулой, устьица постоянно открыты (рогоз, бегония). Растения, произрастающие в условиях достаточной влажности - мезофиты. У них все характеристики усреднены. К ним относится большинство луговых, плодовых, овощных растений. Старение листа. Листопад. В конце лета у листопадных растений или через несколько лет у вечнозеленых растений в листьях начинаются процессы старения. В стареющем листе замедляются процессы синтеза веществ, накапливаются некоторые соли, разрушаются органоиды клетки, хлорофиллы. Лист изменяет окраску на желтую, красную и т.д. У травянистых растений лист отмирает вместе со стеблем. У древесных растений в стебле около основания листа образуется специальный отделительный слой. Осенью клетки этого слоя разрушаются, и лист отделяется от стебля. На месте его прикрепления к стеблю остается листовой рубец, покрытый пробкой. Листопад имеет приспособительное значение: Сокращается испаряющая поверхность растения. Удаляются из организма вредные вещества. Растение избегает поломок под тяжестью снега. Корень Корень - это осевой вегетативный орган растения. Корень обладает радиальной симметрией и растет неопределенно долго. Отличительные признаки корня Конус нарастания прикрыт корневым чехликом. Есть корневые волоски. На корне никогда не образуются листья, даже чешуевидные. Нет повторяющихся участков. Функции корня Закрепление растения в почве. Всасывание воды и минеральных веществ. Проведение веществ к надземным частям растения. Синтез веществ (витаминов, гормонов). Запас веществ. Вегетативное размножение. Совокупность всех корней растения - корневая система. В состав корневой системы могут входить главный, боковые и придаточные корни. Главный корень образуется из зародышевого корешка семени. Боковые корни отходят от главного, боковых и придаточных. Придаточные корни образуются на стебле и листьях. Типы корневых систем. Выделяют два типа корневых систем: стержневую и мочковатую. У стержневой корневой системы четко выделяется один крупный корень, от которого ответвляются остальные (двудольные растения). Мочковатая корневая система состоит из корней, которые слабо различаются по размерам (однодольные растения). Строение корня. Кончик корня снаружи прикрыт корневым чехликом, который защищает верхушечную меристему корня от трения. Клетки чехлика выделяют слизь, облегчающую продвижение корня в почве. Под чехликом находится зона деления корня. Ее клетки постоянно делятся, обеспечивая рост корня в длину. Если верхушечная меристема корня повреждена, то в зоне ветвления в рост активно пускаются боковые корни, т. е. происходит активное ветвление корня. Пикировка - искусственное удаление верхушки корня для усиления образования новых корней, увеличения всасывающей поверхности корневой системы и урожая. В зоне роста клетки вытягиваются. В зоне всасывания корень состоит из различных тканей, снаружи покрыт ризодермой с корневыми волосками. Здесь происходит всасывание растворов минеральных веществ из почвы. Зона проведения занимает большую часть корня, она выполняет функции транспорта растворов из корня в стебель. Здесь видны боковые корни. Анатомическое строение корня. На поперечном срезе корня в зоне всасывания можно различить три группы слоев клеток. 1. Всасывающая ткань - ризодерма. Она с помощью корневых волосков поглощает растворы из почвы. Корневые волоски живут всего 10-20 дней, а затем отмирают. Вместо них формируются новые волоски. 2. Первичная кора. Состоит из многих слоев паренхимных клеток. Они служат для горизонтального транспорта веществ из ризодермы в центральный цилиндр, в них могут запасаться и синтезироваться вещества. 3. Центральный цилиндр состоит из проводящих тканей, покрытых снаружи слоем клеток меристемы. Из нее образуются боковые корни и придаточные почки. По ксилеме корня вода с минеральными веществами поднимается в стебель, по флоэме осуществляется питание клеток корня органическими веществами от листьев. 1 - ризодерма, 2 - экзодерма, 3 - основная паренхима (мезодерма), 4 - эндодерма, 5 - пропускная клетка эндодермы, 6 - перицикл, 7 - луч первичной ксилемы, 8 участок первичной флоэмы (2-5 - первичная кора, 6-8 центральный цилиндр). Почвенное питание растений. Минеральные соли поглощаются растением с водой из почвы. Минеральные вещества и вода нужны для образования многих органических веществ. Нормальное развитие растений возможно только при наличии таких элементов, как азот, сера, калий, магний, кальций, железо. Каждый из них имеет индивидуальное значение и не может быть заменен другим. Если в почве не хватает каких-то элементов, то вносятся органические и минеральные удобрения. Органические удобрения перегнивают, т.е. минерализуются, и только после этого усваиваются растениями. Видоизменения корней • Корнеплод - утолщение главного корня и нижней части стебля, в нем происходит запас веществ (морковь, свекла). • Корнеклубень (корневая шишка) - утолщение бокового или придаточного корня из-за накопления веществ (георгин) • Бактериальные клубеньки - наросты на корнях растений из сем. Бобовые. Они образуются из-за того, что внутри поселяются бактерии, усваивающие азот из воздуха. • Микориза образуется вследствие симбиоза с грибами. Отдел Зеленые водоросли включает в себя одноклеточные колониальные и многоклеточные растения. Всего около 13 тыс. видов. К одноклеточным относятся хламидомонада , хлорелла . Колонии образованы клетками вольвокса и пандорины . К многоклеточным зеленым водорослям относятся ульва , улотрикс , спирогира и другие. Общим для всех Зеленых водорослей является наличие хроматофора , содержащего хлорофилл. Размножаются зеленые водоросли бесполым и половым путями. Бесполое размножение осуществляется жгутиковыми зооспорами, формирующимися внутри материнской клетки или частями тела – таллома . Половой процесс связан с образованием гамет и последующим их слиянием с образованием зиготы. При этом не у всех водорослей гаметы подразделяются на мужские и женские: у некоторых водорослей сливаются две одинаковые гаметы. Из зиготы либо образуется новая особь, либо зооспоры. В жизненном цикле водорослей гаплоидная фаза преобладает над диплоидной. Жизненные циклы споровых растений. Моховидные , или Мохообразные , растения насчитывают более 20 тыс. видов. Все они представляют собой листостебельные растения, у которых нет корней и проводящих тканей. Поэтому воду они получают из осадков, тумана, росы. К субстрату некоторые мхи прикрепляются ризоидами – клеточными выростами, которые у молодых растений всасывают водные растворы минеральных солей из почвы. Позже они эту функцию утрачивают и служат органами прикрепления. В жизненном цикле мхов преобладает зеленое растение с листьями – гаметофит . Это половое поколение мха. Гаметофит развивается из гаплоидной споры, попавшей во влажную среду. У зеленого мха Кукушкин лен гаметофит представлен мужскими и женскими растениями. На мужском гаметофите в антеридиях и на женском – в архегониях образуются гаметы. Сперматозоиды кукушкина льна снабжены жгутиками. Оплодотворение происходит только во влажных условиях. После этого на женских растениях развивается спорофит – коробочка на ножке. Коробочка паразитирует на гаметофите. В коробочке из диплоидных клеток-предшественниц мейотическим путем образуются гаплоидные споры. Из споры, попавшей на землю, сначала вырастает зеленая нить – протонема . Из части протонемы образуются ризоиды (выросты отдельных клеток, углубляющиеся в почву), а из другой ее части – стебель и листья кукушкина льна. Таким образом размножаются мхи как с помощью спор, так и с помощью гамет. Сфагновые мхи. Отличаются от зеленых мхов отсутствием ризоидов. Воду поглощают всей поверхностью тела, благодаря воздухоносным клеткам. Цикл развития такой же, как и у зеленых мхов. Из отмерших частей растения в условиях недостатка кислорода образуется торф. Папоротниковидные. Многолетние травянистые или древесные растения, тело которых расчленено на стебель, лист (вайи) и корни или корневища. Развиты покровные и проводящие ткани. Спорангии находятся на нижней стороне листовой пластинки. Споры прорастают, попадая в почву. Из спор вырастают обоеполые (у равноспоровых) или разнополые (у разноспоровых) заростки, имеющие ризоиды. На заростках формируются антеридии и архегонии. После оплодотворения образуется зигота, из которой развивается диплоидный зародыш, а затем спорофит – листостебельное растение. На нижней стороне листьев развиваются сорусы – спорангии со спорами. У некоторых водных Папоротниковидных имеются мужские и женские заростки. Голосеменные растения произошли от древнейших папоротниковидных в девонском периоде. В настоящее время насчитывают около 700 видов деревьев и кустарников. Основную группу составляют хвойные деревья : ель, сосна, лиственница, кедр, пихта, можжевельник, туя, кипарис и т.д. В жизненном цикле господствует диплоидный спорофит. Он представляет собой ствол с хорошо развитой корой и древесиной, пронизанными смоляными ходами. В ходах накапливаются смолы, эфирные масла, бальзамы. Листья хвойные или чешуевидные. Сосна, многолетнее растение, размножающееся семенами, которые образуются в шишках . Шишки двух типов – мужские и женские. Мужские зеленые шишки развиваются у основания молодых побегов. На нижней стороне каждой чешуйки находятся 2 пыльцевых мешка. В них после мейотического деления исходных клеток развиваются гаплоидные микроспоры. Из микроспор образуются пыльцевые зерна . Пыльцевое зерно сосны является гаметофитом. Оно покрыто двумя оболочками, между которыми находится камера, заполненная воздухом. Воздух облегчает вес пыльцы. Внутри каждой микроспоры образуется два спермия и клетки, дающие начало пыльцевой трубке . Женские красноватые шишки развиваются на конце молодых побегов. На их оси находятся семенные чешуйки. На нижней стороне семенных чешуек формируется по 2 семязачатка. В семязачатке есть пыльцевход . Опыление у сосны происходит следующим образом: пыльца приклеивается к семязачаткам смолистым веществом. Вегетативная клетка пыльцы образует пыльцевую трубку , которая проникает в семязачаток. Примерно через 12—14 месяцев происходит оплодотворение. Один из спермиев оплодотворяет яйцеклетку, а другой погибает. Из оплодотворенной яйцеклетки развивается семя. Семена, снабженные крылатыми выростами, разлетаются. При попадании в почву в благоприятных условиях они дают начало новому растению. Покрытосеменные растения произошли предположительно в мезозое от голосеменных предков. Насчитывают около 250 тыс. видов. Они господствуют на большей части суши и создают основную часть фитомассы и кислорода. Освоить сушу покрытосеменные смогли благодаря прогрессивным изменениям вегетативных и репродуктивных органов. К основным ароморфозам , обеспечившим появление и распространение цветковых растений, относятся: – формирование сосудистых проводящих тканей – ксилемы и флоэмы ; – появление цветка, из завязи которого развивается плод, защищающий семена; – возникновение двойного оплодотворения , обеспечивающего формирование триплоидного эндосперма , необходимого для развития диплоидного зародыша; редукция женского гаметофита до 8 клеток зародышевого мешка. Мужской гаметофит образуется в пыльниках тычинок и представляет собой пылинку. Пылинка содержит генеративную и вегетативную клетки. При попадании на рыльце пестика, пыльца прорастает. Из генеративной клетки образуется 2 спермия. Спермии по пыльцевой трубке, образовавшейся из вегетативной клетки, попадают в зародышевый мешок. Ядро одного спермия сливается с ядром яйцеклетки, а ядро другого спермия сливается с диплоидным центральным ядром. Из оплодотворенной яйцеклетки развивается зародыш, а из триплоидного ядра – ядра запасающей ткани – эндосперм. Этот способ оплодотворения был открыт С.Г. Навашиным и получил название двойного оплодотворения. Таблица 11. Основные признаки семейств цветковых растений Название семейства, число видов Формула цветка Соцветие Плод Особенности строения вегетативных органов Представители и их практическое применение Класс Двудольные Крестоцветные (капустные), 3 тыс Ч2+2Л2+2 Т2+4П1 Кисть Стручок, стручочек Стебли часто укороченные (розеточные), листья простые цельные или рассечённые; видоизменения корней – корнеплоды (редис, редька) Овощные: капуста, редис, редька, хрен, репа. Масличные: рапс, горчица. Лекарственные: икотник, пастушья сумка. Декоративные: левкой, луннария. Сорные: дикая редька, ярутка полевая Розоцветные (розовые), 3 тыс. Ч5Л5ТҐПҐ или Ч5Л5ТҐП1 Кисть, простой зонтик, щиток Костянка, яблоко или яблочко, многоорешек, фрага Стебли часто с шипами, побеговыми колючками, листья простые и сложные с прилистниками Плодово-ягодные: яблоня, груша, слива, вишня, миндаль, малина, клубника. Лекарственные: лапчатка, манжетка, шиповник, рябина. Декоративные: донник, спирея, боярышник Бобовые, 18 тыс. Ч5Л1+2+(2) Кисть, Т(9)+1П1 головка Лепестки венчика: парус, вёсла, лодочка Боб Стебли часто травянистые лианы, листья перисто-сложные с крупными прилистниками, тройчатосложные; листья могут быть видоизменены в усики Пищевые: горох, бобы, фасоль, чечевица, соя, арахис. Кормовые: клевер, люпин, люцерна, вика. Лекарственные: донник, дрок, термопсис Ягода, коробочка Стебли вильчатого ветвления, листья простые; некоторые имеют клубни – видоизменённые побеги Овощные: картофель, перец, баклажан, помидор. Технические: табак, махорка. Лекарственные: белена, дурман, паслён, беладонна. Декоративные: петунья, душистый табак Семянка, часто с хохолком, парусом или с Стебли часто укороченные (розеточные), листья простые и Масличные и овощные: подсолнечник, топинамбур. Лекарственные: пижма, Паслёновые, 2,5 Ч(5)Л(5)Т(5) П1 тыс. Кисть, завиток, метёлка Сложноцветные Цветки 4 типов: Кисть, (астровые), вместо чашечки завиток, 25 тыс. – плёнки или метёлка. хохолки. Корзинка Л(5)Т(5)П1 – трубчатые, язычковые, Л(3)Т(5)П1 – ложноязычковые; воронковидные (стерильные) шипиками сложные тысячелистник, календула, череда, ромашка Класс Однодольные Злаковые (мятликовые), 10 тыс. О2+(2)Т3П1 Сложный Зерновка с колос, крахмалистым султан, эндоспермом метёлка, початок Стебель соломина, полый внутри междоузлий, со вздутыми узлами; листья сидячие с влагалищем, цельнокрайние, простые, линейные с параллельным жилкованием Зерновые: пшеница, рожь, ячмень, овёс, рис, просо, сорго. Технические: сахарный тростник. Кормовые: тимофеевка, костёр, мятлик. Сорные: пырей, щетинник, плевел. Лилейные1, 3 тыс. О3+3Т3+3П(3) Зонтик, кисть, метёлка Практически все представители имеют видоизменённые побеги: корневище или луковицу. На поверхности почвы появляются только цветоносы: листья простые, цельные, линейные или овальные, с параллельным или дуговым жилкованием Овощные: лук, чеснок, спаржа. Лекарственные: ландыш, купена, чемерица, алоэ. Декоративные: лилия, тюльпан Коробочка, ягода Табл. 11.1. Основные отряды насекомых. Отряд и его представители Характерные признаки Значение 1 2 3 Насекомые с неполным превращением Стрекозы (большое коромысло, красотки, стрелки и др.) Две пары крыльев (одинаковые у подотряда равнокрылых инесколько различные у Являясь прожорливыми хищниками, представителей подотряда разнокрылых) с уничтожают большое количество мелкой сетью жилок. Большие, сходящиеся на насекомых-вредителей. темени сложные глаза. Грызущий ротовой аппарат. Передние крылья жесткие с почти Прямокрылые (кузнечики, параллельными продольными жилками. сверчки, саранча, Задние крылья более широкие с радиальномедведки) расходящимися продольными жилками. Грызущий ротовой аппарат. Большинство представителей отряда — вредители растений. Саранча, поедая листья и стебли, вредит посевам. Кузнечики приносят вред садам и виноградникам. Медведки, роясь в почве, повреждают корнирастений. Половина каждого надкрылья от его основания жесткая и состоит из толстого слоя Полужесткокрылые, или хитина, а другая половина более тонкая, Клопы (клопы-черепашки, перепончатая. У некоторых клопов постельный клоп, (постельный и др,) крылья редуцированы. водомерки и др.) Ротовой аппарат колюще-сосущего типа. Многие виды имеют пахучую железу, поэтому у них неприятный запах. Среди клопов есть много паразитов. Капустный клоп повреждает рассаду капусты. Хлебным злакам вредят черепашки. Постельный клоп беспокоит человека своими укусами и может быть переносчиком возбудителен болезней. Насекомые с полным превращением Жесткокрылые, или Жуки (майские жуки, жукищелкуны, жукидолгоносики, хлебный жук Первая пара крыльев — жесткие надкрылья [кузька], листоеды — прикрывает вторую пару перепончатых [колорадский жук], жукикрыльев. Ротовой аппарат грызущий. короеды, жуки-плавунцы, жужелицы, божьи коровки, жуки-навозники и др.) Чешуекрылые, или Бабочки (капустная белянка, боярышница, яблонная моль, плодожорка, комнатная моль, шелкопряды) Многие из жуков вредят растениям, майские жуки поедают листья, а их личинки — корни деревьев. Личинок жуков-щелкунов называют проволочными червями. Они питаются подземными частями картофеля, злаков. Колорадский жук и его личинки поедают листья картофеля. Личинки долгоносика — яблонного цветоеда — уничтожают завязи цветка, а личинки свекловидного долгоносика — корни свеклы. Среди жуков есть и полезные. Это хищные жуки (жужелицы и красотелы), охотящиеся за гусеницами шелкопрядов. Божьи коровки и их личинки питаются тлями. Жукинавозники и их личинки, поедая навоз, являются своеобразными санитарами. Личинки бабочек, поедая надземные части растений, приносят вред. Личинки капустной белянки поедают листья капусты и других крестоцветных. Личинки боярьппницы, яблонной моли и плодожорки наносят вред плодовым деревьям. Личинки комнатной моли питаются шерстью тканей или мехов и повреждают одежду, ковры, обивку мебели. Личинки соснового шелкопряда, Две пары очень больших по сравнению с поедая хвою, вредят сосновым лесам; телом насекомого крыльев, окрашенных в личинки кольчатого шелкопряда различные цвета. Окраска крыльев зависит от повреждают плодовые сады. Принося окраски и расположения чешуек. Жилки на вред на личиночной стадии, взрослые крыльях расположены продольно. За бабочки, производя опыление растений, исключением некоторых молей, бабочки приносят пользу. Польза бабочек и в том, имеют сосущий ротовой аппарат. что они являются пищей для птиц. Среди бабочек есть и одомашненные формы. Это дубовый и тутовый шелкопряды. Их гусеницы имеют сильно развитые шелкоотделительные железы, выделяющие шелковую нить. Этой нитью гусеница окутывает себя перед окукливанием. Шелковистый кокон служит защитой куколки от неблагоприятных условий, а для человека — сырьем для получения шелка. Задние крылья всегда меньше передних. Обе пары прозрачные со сравнительно редкими продольными и поперечными жилками. Ротовой аппарат у большинства видов грызущий, а у жалоносных (пчелы) — Перепончатокрылые грызуще-сосущего типа. Пчелы, осы, (наездники, пилильщики, некоторые муравьи имеют жало, пчелы, осы, шмели, представляющее измененный яйцеклад. муравьи и др.) Образжизни различен. Одни (наездники, пилильщики, некоторые осы) живут в одиночку, другие (пчелы, муравьи, некоторые осы) — большими семьями и являются общественными насекомыми. Между особями Внутри семьи наблюдается разделение труда. Велико значение перепончатокрылых как опылителей растений. Пчела медоносная образует воск, пчелиный яд, пчелиное молочко, используемые в медицине и парфюмерии. Полезен и пчелиный мед. Большую пользу приносят наездники. Откладывая яйца в тело личинок и яйца многих вредных насекомых, они помогают человеку в борьбе с ними. Полезны в этом отношении и осы: запасая пищу своим личинкам, они перед откладыванием яиц парализуют и затаскивают в норы гусениц многих вредных насекомых. Есть среди перепончатокрылых и вредители. Самки пилильщиков имеют пилообразный яйцеклад, которым пропиливают яйца растении для откладывания яиц. Вышедшие из яиц личинки поедают листья растений. Многие виды переносят возбудителей болезней: самки малярийного комара — Задняя пара крыльев редуцирована. Их осатки возбудителя малярии, москиты — Двукрылые (мухи, оводы, превратились в жужжальце. Передняя пара возбудителя москитной лихорадки, мухи слепни, комары, мошки, крыльев у основания сильно сужена. Ротовые — возбудителей желудочно-кишечных москиты и др.) органы лижущего (у мухи) и колющезаболеваний, яйца паразитических сосущего (у комара) типа. червей. Личинки бычьего овода паразитируют в коже крупного рогатого скота. Сравнительная характеристика классов типа Членистоногие Признаки 1. Строение тела: отделы тела покров, мышцы число ходильных ног число пар усиков органы зрения Класс Ракообразные Головогрудь и брюшко Класс Паукообразные Головогрудь и брюшко Класс Насекомые Голова, грудь и брюшко Хитиновый покров, поперечно-полосатые мышцы, слой воскоподобных и жироподобных веществ 5 пар = 10 2 пары Пара сложных глаз на подвижных стебельках 4 пары = 8 3 пары = 6 Нет 4 пары простых глазков 1 пара Пара сложных глаз и простые глазки 2. Пищеварительная система отделы особенности ротового аппарата Рот, глотка, пищевод, желудок, кишка, анальное отверстие, печень Челюсти, ротовой аппарат Ротовой аппарат сосущий, Сложные железы, ротовые грызущий переваривание наружное аппараты: грызущий, колющесосущий, сосущий 3. Органы дыхания Жабры (выросты стенок тела или конечностей) Лёгочные мешки или трахеи Трахеи 4. Выделительная система 2 зелёные железы Выделительные трубочки, почки 5. Кровеносная система Незамкнутая, сердце пятиугольной формы Незамкнутая, сердце трубочковидное Выделительные трубочки (мальпигиевы сосуды), жировое тело Незамкнутая, сердце трубочковидное 6. Нервная система Узлового типа (окологлоточное нервное кольцо и брюшная нервная цепочка) 7. Размножение: органы размножения Раздельнополые: самка – яичники, самец – семенники. Оплодотворение внутреннее. развитие Потомство развивается на брюшных ножках матери. Имеется личиночная стадия. Самка откладывает яйца в кокон. Личиночная стадия отсутствует. 8. Местообитание и образ жизни В основном водные. Мелкие образуют планктон, крупные – всеядные «санитары» Наземные хищники с наружным перевариванием пищи или паразиты 9. Представители класса Речной рак, краб, креветки, мокрица, бокоплав, криль, циклоп, дафния, морской жёлудь Паук- крестовик, сенокосец, фаланга, сольпуга, скорпион, клещ Развитие может быть как без личиночной стадии, так и с метаморфозом: яйцо – личинка – куколка – имаго – взрослая особь В основном наземные обитатели. Очень разнообразная кормовая база. Самый многочисленный класс на планете: жуки, бабочки, стрекозы, мухи, муравьи, тараканы, пчёлы и т. д. Эволюционное учение Дарвина Впервые термин «эволюция» был использован в одной из эмбриологических работ швейцарским натуралистом Шарлем Боннэ в 1762 г. К настоящему времени теория эволюции Ч.Дарвина обогатилась данными современных наук – молекулярной биологии, генетики, цитологии, экологии и др. и получила название синтетической теории эволюции. Синтетическая теория эволюции включает следующие положения: 1. Наименьшая элементарная единица эволюции – популяция. 2. Материалом для эволюции служат мутации и новые комбинации генов. Мутационная изменчивость носит случайный, ненаправленный характер. 3. Элементарное эволюционное явление – изменение генофонда популяции. 4. К элементарным факторам (движущим силам) эволюции относятся мутационный процесс, изоляция, популяционные волны, дрейф генов. Направляющий фактор эволюции – естественный отбор. 5. Образование новых видов в природе может происходить как постепенно, так и внезапно. Из сказанного видно, что эволюционная теория за сто с лишним лет с момента создания ее Ч.Дарвином значительно обогатилась. Однако развитие синтетической эволюционной теории происходит в русле тех идей, которые были заложены гением Дарвина свыше 100 лет назад Формы эволюции Гомологичные органы - (греч. «гомос» — одинаковый) — органы, сходные между собой по происхождению, строению, но выполняющие разные функции. Появление их — результат дивергенции. Примером гомологичных органов у животных могут служить передние конечности, состоящие из одинаковых костей, имеющих одинаковое происхождение, но выполняющих разные функции: у земноводных, пресмыкающихся, у большинства зверей они служат для ходьбы, у птиц — для полета, у китов — для плавания, у крота — для рытья земли, у человека выполняют тончайшие операции в трудовом процессе. У растений гомологичными органами являются заросток папоротника, первичный эндосперм семязачатка сосны, зародышевый мешок цветкового растения. Все они образуются из спор, имеют гаплоидный набор хромосом и несут женскую гамету — яйцеклетку. Но заросток папоротника — автотрофное растение с архегониями. Среди форм эволюции групп живых организмов можно выделить: дивергенцию, конвергенцию и параллелизм. Дивергенция Появление новых форм всегда связано с приспособлением к местным географическим и экологическим условиям существования. Так, класс млекопитающих состоит из многочисленных отрядов, представители которых отличаются родом пищи, особенностями мест обитания, то есть условиями существования (насекомоядные, рукокрылые, хищные, парнокопытные, китообразные и т. д.). Каждый из этих отрядов включает подотряды и семейства, которые, в свою очередь характеризуются не только специфическими морфологическими признаками, но и экологическими особенностями (формы бегающие, скачущие, лазающие, роющие, плавающие). Внутри любого семейства виды и роды различаются образом жизни, объектами питания и т. п. Как указывал Дарвин, в основе всего эволюционного процесса лежит дивергенция. Дивергенция любого масштаба есть результат действия естественного отбора в форме группового отбора (сохраняются или устраняются виды, роды, семейства и т. д.). Групповой отбор так же основан на индивидуальном отборе внутри популяции. Вымирание вида происходит за счёт гибели отдельных особей. Своеобразие морфологических особенностей организмов, приобретаемых в процессе дивергенции, имеет некоторую единую основу в виде генофонда родственных форм. Конечности всех млекопитающих сильно отличаются, но имеют единый план строения и представляют собой пятипалую конечность. Поэтому органы, соответствующие друг другу по строению и имеющие общее происхождение, независимо от выполняемой функции, называют гомологичными. Примером гомологичных органов у растений являются усы гороха, колючки кактуса – всё это видоизменённые листья. Конвергенция В одинаковых условиях существования животные, относящиеся к разным систематическим группам, могут приобретать сходное строение. Такое сходство строения возникает при сходстве функций и ограничивается лишь органами, непосредственно связанными с одними и теми же факторами среды. Внешне очень похожи хамелеоны и агамы, лазающие по ветвям деревьев, хотя относятся к разным подотрядам (рис. 1). Рисунок 1. Лазающая агама. Внешнее сходство с хамелеоном обусловлено сходной средой обитания. У позвоночных животных конвергентное сходство обнаруживают конечности морских рептилий и млекопитающих (рис. 2). Схождение признаков затрагивает в основном лишь те органы, которые непосредственно связаны со сходными условиями среды. Рисунок 2. Конвергенция. Сходство формы тела и плавников у неродственных быстро плавающих животных: акулы (А), ихтиозавра (Б), дельфинов (В, Г). Конвергенция наблюдается и у групп животных, далеко отстоящих друг от друга в систематическом отношении. Организмы, обитающие в воздухе, имеют крылья (рис. 3). Но крылья птицы и летучей мыши – это изменённые конечности, а крылья бабочки – выросты стенки тела. Рисунок 3. Конвергенция. Развитие приспособлений для парения в воздухе у позвоночных: А – летучая рыба, Б – летающая лягушка, В – летающая агама, Г – белка-летяга. Органы, выполняющие сходные функции, но имеющие различное в принципе строение и происхождение, называют аналогичными. Параллелизм Параллелизм представляет собой форму конвергентного развития, свойственного для генетически близких групп организмов. Например, среди млекопитающих китообразные и ластоногие независимо друг от друга перешли к обитанию в водной среде и приобрели сходные приспособления для передвижения в этой среде – ласты. Известное общее сходство имеют неродственные млекопитающие тропического пояса, обитающие на разных континентах в близких климатических условиях (рис. 4). Рисунок 4. Конвергентное сходство строения между неродственными млекопитающими дождевые леса Африки (слева) и Южной Америки: А – карликовый гиппопотам, Б – водосвинка, В – африканский оленек, Г – пака, Д – карликовая антилопа, Е – агути, Ж – серый дукер, З – мазама, И – панголин, К – гигантский броненосец. Железа́ — орган, функцией которого является производство какого-либо вещества, играющего важную роль в организме. Вещество может выделяться в качестве секрета наружу либо в качестве гормона прямо в систему кровообращения. Секреты – вещества специфического действия, участвующие в регуляции различных процессов жизнедеятельности организма. Ферменты (энзимы)– (от лат. fermentum, греч. ζύμη, ἔνζυμον — дрожжи, закваска) — обычно белковые молекулы или молекулы РНК или их комплексы, ускоряющие (катализирующие) химические реакции в живых системах. Гормоны (от греч. Hormao побуждаю в действие) – биологически активные вещества, выделяемые железами внутренней секреции Свойства гормонов: Действуют на органы, расположенные далеко от железы Действуют только на живые клетки Действие строго специфично: только на органы-мишени или на строго определенный вид обменных процессов Обладают высокой биологической активностью Оказывают действие при низких концентрациях Функции гормонов Обеспечивают рост и развитие организма Обеспечивают адаптацию организма к постоянным изменениям среды Обеспечивают гомеостаз Контролируют процессы обмена веществ Ароморфоз- одно из прогрессивных направлений в эволюции живых организмов, при котором происходят изменения организации организма и его функций, приводящие к более лучшему приспособлению к условиям обитания. Крупные ароморфозы:появление многоклеточности, оформление ядра, аэробное дыхание, появление полового процесса. Ароморфозы у животных: Многоклеточность, двусторонняя симметрия Половой процесс Возникновение жаберной крышки у костных рыб Возникновение грудной клетки, легочного дыхания, хорды Реберное дыхание у пресмыкающихся Внутреннее оплодотворение, живорождение Теплокровность Вскармливание детенышей молоком Четырехкамерное сердце Разделение головного мозга Поперечнополосатая мускулатура Ароморфозы у растений: Появление тканей Возникновение эпидермиса, устьиц Появление вегетативных органов Закономерная смена поколений в цикле развития Образование цветков, плодов, семян Фотосинтез Способность к поддержанию и регулированию газообмена в листьях Половое размножение Идиоадаптация- изменения организмов, приводящие к приспособлению к узким определенным условиям среды, но такие приспособления не приводят к образованию новых систематических групп. Идиоадаптация у животных: краска тела животных Идиоадаптация у растений: Многообразие приспособлений к Насекомые разных отрядов имеют похожий план строения, но различаются строением ротового аппарата, формой крыльев, конечностей Обтекаемая форма тела у водных животных Приспособления некоторых рыб (камбала, сом) к жизни у дна Приспособления к полету у некоторых видов млекопитающих (летучие мыши, белки- летяги) перекрестному опылению цветка насекомыми или ветром Различная форма цветков у растений Приспособления к рассеиванию семян Дегенерация- упрощение структуры органов и тканей в процессе онтогенеза организмов. Обычно сопровождается исчезновением ряда органов Результат ароморфоза и идиоадаптации – биологический прогресс: Увеличение численности вида Расширение ареала Ускорение формирования новых видов Образование новых популяций Примеры дегенерации: • У паразитических ленточных червей нет кишечника, слабо развита нервная система • Исчезновение хвоста у головастиков в процессе превращения в лягушку • Рачок саккулина паразитирует на крабах и во взрослом состоянии лишен систем органов, присущих членистоногим • Редукция листьев • Растение Петров крест утратило или почти утратило хлорофилл Гомологичные и аналогичные органы «Гомологичный» — означает одинаковый. Гомологичные органы — органы, сходные между собой по происхождению, строению, но выполняющие разные функции. Появление их — результат дивергенции. Дивергенция означает расхождение. Расхождение может происходить из-за смены условий окружающей среды или из-за эволюционных процессов. Пример гомологичных органов у растений: подземные корни растения, воздушные корни растений Разная среда обитания (разные условия) определяют появление гомологичных органов. заросток у простейших растений, эндосперм голосемянного растения, зародышевый мешок у покрытосемянных растений Это пример появления гомологичных органов в процессе эволюции (освоении суши). Гомологичные органы у животных: лапы у животных, крылья у птиц, лапки у крота, ласты или плавники у водных представителей. Кости этих конечностей схожи, но функции различны: лапы — для передвижения по земле, крылья — для полета, лапки крота — чтобы землю рыть, ну а ласты и плавники — естественно, для плавания. «Аналогичный» - соответственный. Аналогичные органы — органы и части животных или растений, сходные в известной мере по внешнему виду и выполняющие одинаковую функцию, но различные по строению и происхождению. Аналогичные органы у животных Например, крылья бабочки и крылья птицы. Внешне схожи, и функция у них одна — приспособление к полету, но и строение, и происхождение различаются очень существенно. Соответственно, если у неродственных организмов есть аналогичные органы, то это называется конвергенцией. Аналогичные органы у растений: Колючки на побегах (видоизменения побегов) и колючки — листья у голосемянных. Чтобы все особенности аналогичных и гомологичных органов были более понятны, сведем их все в таблицу: Признаки Строение Гомологичные органы часто различны по строению Происхождение имеют общий зародышевый источник Функции Причина появления разные приспособление к различным условиям существования Аналогичные органы имеют схожее строение происходят из различных зародышевых источников одинаковые приспособления к похожим условиям существования В животном мире переходными формами являются: археоптерикс - переходная форма между рептилиями и птицами; иностранцевия - переходная форма между рептилиями и млекопитающими; псилофиты - между водорослями и наземными растениями. Регрессирующими, например, являются род выхухолей, состоящий всего из двух видов, семейство гинговых, представленное одним видом. Рептилии в мезозое были представлены множеством форм, в том числе гигантскими, и широко распространены; в настоящее время групп рептилий значительно меньше и ареал их ограничен. По отношению к влажности растения делятся на следующие группы: ► гидрофиты - водные растения, прикрепленные к почве и погруженные в воду своими нижними частями, например тростник. ► гигрофиты - растения, обитающие в местах с высокой влажностью воздуха и почвы, к таким растениям относят, например, элодею, рдесты. ► мезофиты - растения, обитающие в условиях с более или менее достаточным, но не избыточным количеством воды в почве, промежуточная группа между ксерофитами и гигрофитами. Это, например, клевер, тимофеевка, кислица. ► ксерофиты - растения сухих местообитаний, способные переносить продолжительную засуху, например бриофиллум. ► криофиты - растения холодных сухих местообитаний. Образуют основу растительного покрова тундр и альпийских лугов. Это, например, растения-подушки высокогорных холодных пустынь. По отношению к свету растения делятся на следующие группы: ► гелиофиты - растения, предпочитающие места обитания, ярко освещенные солнцем, например, сосна, береза. злаки. ► сциофиты - тенелюбивые растения, хорошо переносящие затенения, например копытень, сныть. По современным представлениям, биосфера – это особая оболочка земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. Эти представления базируются на учении В. И. Вернадского(1863 –1945) о биосфере, являющимся крупнейшим из обобщений в области естествознания в ХХ в. Важнейшая значимость его учения во весь рост проявилась лишь во второй половине века. Этому способствовало развитие экологии и, прежде всего глобальной экологии, где биосфера является основополагающим понятием. Учение Вернадского о биосфере – это целостное фундаментальное учение, органично связанное с важнейшими проблемами сохранения и развития жизни на Земле, знаменующее собой принципиально новый подход к изучению планеты как развивающейся саморегулирующейся системы в прошлом, настоящем и будущем. По представлениям В. И. Вернадского, биосфера включает в себя: → живое вещество, образованное совокупностью организмов; (растительный и животный мир, микроорганизмы). → биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняки и др.); → косное вещество, которое формируется без участия живых организмов (магматические горные породы); → биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например, почвы); → радиоактивное вещество, → вещество космического происхождения (метеориты и др.) → вещество рассеянных атомов, не связанных химическими реакциями. Все эти семь типов веществ геологически связаны между собой. Название Вид деятельности Государственный природный заповедник (полный резерват) является наиболее жесткой формой территориальной охраны природы. Он представляет собой, во-первых, территорию, полностью изъятую из хозяйственного использования, а во-вторых, научно-исследовательские учреждения, имеющие целью сохранение и изучение естественного хода природных процессов и явлений. В заповедниках разрешена только научная, охранная и контрольная деятельность, а в исключительных случаях — организация учебно-экологических маршрутов. Иногда запрещается даже уборка поваленных и сухостойких деревьев, нарушающая естественное развитие природных процессов. Национальный парк — это обширная территория (от нескольких тысяч до нескольких миллионов гектаров), включающих как полностью заповедные зоны, так и зоны, предназначенные для отдыха, оздоровления, ближнего туризма, пропаганды экологических знаний. Одним из известных национальных парков в России является Лосиный Остров (Москва). Памятники природы это отдельные природные объекты, имеющие научное, эстетическое, культурное или воспитательное значение. Ими могут быть необычный родник, водопад, овраг с редкими видами растений, очень старые деревья, бывшие «свидетелями» какихлибо исторических событий, например дубы в усадьбе Коломенское (Москва), сохранившиеся со времен Ивана Грозного. Заказник — это природный комплекс, предназначенный для сохранения одних видов природных ресурсов при ограниченном использовании других. На участках, занимаемых заказниками, постоянно или временно запрещены отдельные виды хозяйственной деятельности. Например, запрещена любая хозяйственная деятельность, ведущая к нарушению ландшафта, но может быть разрешена охота. Часто создаются временные охотничьи заказники для сохранения и восстановления численности каких-либо видов животных. Витамины Тургор, осмос и корневое давление Корнево́е давле́ние — давление в проводящих сосудах корней растений, в основе которого лежит явление осмоса: клетки корня выделяют минеральные и органические вещества в сосуды, что создаёт более высокое давление, чем в почвенном растворе. Вместе с транспирацией корневое давление вызывает поднятие пасоки (воды и растворённых в ней питательных веществ) вверх по стеблю растения. Вода проходит сквозь клеточную мембрану совершенно свободно путем так называемого осмоса. Осмос - это прохождение воды через избирательно проницаемую мембрану (например - клеточную, и в этом случае Осмос частично обеспечен диффузией молекул воды и током самой воды через поры мембраны) - фактически это пассивный вид транспорта (перемещения) веществ Поскольку концентрация всякого водного раствора зависит от количества растворенного в воде вещества, вода стремится переходить из более разбавленного раствора (где концентрация воды выше) в более концентрированный (где концентрация воды соответственно ниже). Осмотическое движение воды зависит от двух главных факторов: 1) от общей концентрации всех растворенных в воде частиц по обе стороны мембраны и 2) от давления, создаваемого каждым раствором. При прочих равных условиях вода стремится переходить через избирательно проницаемую мембрану от менее концентрированного раствора к раствору с более высокой общей концентрацией всех растворенных частиц. . Тургор (от позднелатинского “набухать, наполняться”) - это гидростатическое давление внутри клетки, создаваемое за счет осмотического нагнетания в неё воды. Это возможно, так как клетки растений имеют полупроницаемую, прочную и эластичную оболочку-мембрану. Благодаря тургорному давлению растения способны поддерживать плотную и жесткую форму, а так же вертикальное положение Если проводить очень-очень грубую аналогию - то сдутый воздушный шарик - это клетка без тургора. Процесс заполнения воздухом шарика (накачивание насосом, допустим) - это процесс осмоса. А надутый до своего максимума шарик - это обретшая тургор клетка. Самым простым и наглядным примером тургора служит подвядшее комнатное растение. Клетки его потеряли тургор вследствие нехватки воды. Стоит его обильно полить - прямо на глазах растение оживает, крепнет, приподнимает ветви и листья - его клетки посредством осмоса получают воду и обретают тургор. История открытия фотосинтеза. Значение фотосинтеза не осознавалось до сравнительно недавнего времени. Аристотель и другие учёные Греции, наблюдая, что жизненные процессы животных зависят от потребления пищи,полагали, что растения добывают свою «пищу» из почвы. Немногим более трехсот лет назад в одном из первых тщательно продуманных биологических экспериментов голландский врач Ян Ван Гельмонт представил доказательства того, что не одна почва кормит растение. Ван Гельмонт выращивал маленькое дерево ивы в глиняном горшке, добавляя в него только воду. Через пять лет масса игл увеличилась на 74,4 кг, в то время, как масса почвы уменьшилась только на 57 гр. В конце XVIII века английский ученый Джозеф Пристли сообщил, что он «случайно обнаружил метод исправления воздуха, который был испорчен горением свечей». 17 августа 1771 г. Пристли «… поместил живую веточку мяты в закрытый сосуд, в котором горела восковая свеча», а 21 числа того же месяца обнаружил, что «… другая свеча снова могла гореть в этом же сосуде». «Исправляющим началом, которым для этих целей пользуется природа, — полагал Пристли, — было растение». Он расширил свои наблюдения и скоро показал, что воздух, «исправляемый» растением, не был «совсем не подходящим для мыши». Опыты Пристли впервые позволили объяснить, почему воздух на Земле остается «чистым» и может поддерживать жизнь, несмотря на горение бесчисленных огней и дыхание множества живых организмов. Он говорил: «Благодаря этим открытиям мы уверены, что растения произрастают не напрасно, а очищают и облагораживают нашу атмосферу». О роли фотосинтеза более ста лет назад писал русский ученый К.А.Тимирязев. «Когда-то, гдето на Землю упал луч солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка, или, лучше сказать, на хлорофилловое зерно. Ударяясь о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез … В той или другой форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразовался в наши мускулы, в наши нервы … Этот луч солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу». Внутреннее пространство хлоропласта заполнено пластинчатыми гранулами зеленого цвета – гранами. Граны представляют собой стопки сильно сплюснутых мешочков – тилакоидами. Стенки тилакоидов – ламеллы – представляют собой тонкие фосфолипидные мембраны, внутри которых находятся липотропные участники первичных процессов фотосинтеза. К ним относятся белки, пигменты, переносчики электронов и протонов. Внутреннее межмембранное пространство тилакоидов является водной средой, в которой содержатся водорастворимые участники процесса. В межгранальном – стромальном – пространстве (также водном), находятся менее упакованные отдельные тилакоиды и ламеллы. Фотосинтез — сложный многоступенчатый процесс; реакции фотосинтеза подразделяют на две группы: реакции световой фазы и реакции темновой фазы. Световая фаза (в гранах) Эта фаза происходит только в присутствии света в мембранах тилакоидов при участии хлорофилла, белков-переносчиков электронов и фермента — АТФ-синтетазы. Под действием кванта света электроны хлорофилла возбуждаются, покидают молекулу и попадают на внешнюю сторону мембраны тилакоида, которая в итоге заряжается отрицательно. Окисленные молекулы хлорофилла восстанавливаются, отбирая электроны у воды, находящейся во внутритилакоидном пространстве. Это приводит к распаду или фотолизу воды: Н2О + Qсвета → Н+ + ОН—. Ионы гидроксила отдают свои электроны, превращаясь в реакционноспособные радикалы •ОН: ОН— → •ОН + е—. Радикалы •ОН объединяются, образуя воду и свободный кислород: 4НО• → 2Н2О + О2. Кислород при этом удаляется во внешнюю среду, а протоны накапливаются внутри тилакоида в «протонном резервуаре». В результате мембрана тилакоида с одной стороны за счет Н+ заряжается положительно, с другой за счет электронов — отрицательно. Когда разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембраны тилакоида достигает 200 мВ, протоны проталкиваются через каналы АТФ-синтетазы и происходит фосфорилирование АДФ до АТФ; атомарный водород идет на восстановление специфического переносчика НАДФ+ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) до НАДФ·Н2: 2Н+ + 2е— + НАДФ → НАДФ·Н2. Таким образом, в световую фазу происходит фотолиз воды, который сопровождается тремя важнейшими процессами: 1) синтезом АТФ; 2) образованием НАДФ·Н2; 3) образованием кислорода. Кислород диффундирует в атмосферу, АТФ и НАДФ·Н2 транспортируются в строму хлоропласта и участвуют в процессах темновой фазы. Темновая фаза (в стромах) Эта фаза протекает в строме хлоропласта. Для ее реакций не нужна энергия света, поэтому они происходят не только на свету, но и в темноте. Реакции темновой фазы представляют собой цепочку последовательных преобразований углекислого газа (поступает из воздуха), приводящую к образованию глюкозы и других органических веществ. Первая реакция в этой цепочке — фиксация углекислого газа; акцептором углекислого газа является пятиуглеродный сахар рибулозобифосфат (РиБФ); катализирует реакцию фермент рибулозобифосфат-карбоксилаза (РиБФ-карбоксилаза). В результате карбоксилирования рибулозобисфосфата образуется неустойчивое шестиуглеродное соединение, которое сразу же распадается на две молекулы фосфоглицериновой кислоты (ФГК). Затем происходит цикл реакций, в которых через ряд промежуточных продуктов фосфоглицериновая кислота преобразуется в глюкозу. В этих реакциях используются энергии АТФ и НАДФ·Н2, образованных в световую фазу; цикл этих реакций получил название «цикл Кальвина»: 6СО2 + 24Н+ + АТФ → С6Н12О6 + 6Н2О. Кроме глюкозы, в процессе фотосинтеза образуются другие мономеры сложных органических соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты, нуклеотиды. В настоящее время различают два типа фотосинтеза: С3- и С4-фотосинтез. Энергетический обмен Аэробное (кислородное) дыхание. Процесс аэробного дыхания можно условно разделить на несколько последовательных этапов. Первый этап —подготовительный, или этап пищеварения, включающий в себя расщепление полимеров до мономеров. Эти процессы происходят в пищеварительной системе животных или цитоплазме клеток. На данном этапе не происходит накопления энергии в молекулах АТФ. Следующий этап — бескислородный, или неполный. Он протекает в цитоплазме клеток без участия кислорода. На данном этапе дыхательный субстрат подвергается ферментативному расщеплению. Примером такого процесса является гликолиз — многоступенчатое бескислородное расщепление глюкозы. В реакциях гликолиза шестиуглеродная молекула глюкозы (С6 расщепляется на две молекулы пировиноградной кислоты (С3). При этом от каждой молекулы глюкозы отщепляется четыре атома водорода и образуются две молекулы АТФ. Атомы водорода присоединяются к переносчику НАД (никотинамидаденинди-нуклеотид), который переходит в свою восстановленную форму НАД - Н + Н+ (НАД очень сходен с НАДФ, т. е. с переносчиком атомов водорода при фотосинтезе). Суммарная реакция гликолиза имеет вид: Полезный выход энергии этого этапа — две молекулы АТФ, что составляет 40%; 60% рассеивается в виде тепла. Наиболее важным является кислородный этап аэробного дыхания. Он протекает в митохондриях и требует присутствия кислорода. Продукт гликолиза — пировиноградная кислота — заключает в себе значительную часть энергии, и дальнейшее ее высвобождение осуществляется в митохондриях. Здесь пировиноградная кислота подвергается ферментативному расщеплению : углекислый газ выделяется из митохондрий в цитоплазму клетки, а затем в окружающую среду. Атомы водорода, акцептированные НАД и ФАД (кофермент флавинадениндинуклеотид), вступают в цепь реакций, конечный результат которых — синтез АТФ. атомы водорода отщепляются от НАД и ФАД, захватываются переносчиками, встроенными во внутреннюю мембрану митохондрий, где происходит их окисление: Н+ выносятся переносчиками на наружную поверхность крист, накапливаются в межмембранном пространстве, образуя протонный резервуар; электроны (е-) атомов водорода возвращаются по цепи дыхательных ферментов в матрикс и присоединяются к атомам кислорода, который постоянно поступает в митохондрию. Атомы кислорода при этом становятся отрицательно заряженными: На мембране возникает разность потенциалов. Когда разность потенциалов достигает 200 мВ, начинает действовать протонный канал в молекулах фермента АТФ-синтетазы, которые встроены во внутреннюю мембрану; через протонный канал Н- устремляются обратно в матрикс митохондрий, создавая высокий уровень энергии, большая часть которой идет на синтез АТФ из АДФ и фосфорной кислоты, а протоны соединяются с отрицательно заряженными частицами кислорода, образуя воду — второй конечный продукт клеточного дыхания: Таким образом, кислород, поступивший в митохондрии, необходим для присоединения электронов, а затем и протонов. При отсутствии кислорода процессы, связанные с транспортом протонов и электронов в митохондриях, прекращаются, а следовательно, невозможно протекание и бескислородного этапа, так как все переносчики атомов водорода оказываются загруженными. Аэробное дыхание, включающее бескислородный и кислородный этапы, можно выразить суммарным уравнением: При распаде молекулы глюкозы высвобождается 200 кДж/ моль. В АТФ запасается 55% энергии, остальная рассеивается в виде тепла. Биосинтез белка (пластический обмен) Пластический обмен (ассимиляция или анаболизм) – совокупность реакций биологического синтеза. Название этого вида обмена отражает его сущность: из веществ, поступающих в клетку из вне, образуются вещества, подобные веществам клетки. 1868г. - немецкий химик Ф. Мишер открыл нуклеиновые кислоты в ядрах лейкоцитов в составе гноя 1889г. – химик Альтман получил дрожжевую Н.К. 1892г. – химик Лильенфельд выделил тимонуклеиновую кислоту из зобной железы 1953г. – амер. Джеймс Уотсон и англ. Френсис Крик расшифровали структуру ДНК 1970г. – Жак Гриффитс и Джеймс Боннер обнаружили двуспиральную структуру ДНК используя электронный микроскоп Биосинтез белков осуществляется во всех клетках про -и эукариот. Информация о первичной структуре (порядке аминокислот) белковой молекулы закодирована последовательностью нуклеотидов в соответствующем участке молекулы ДНК — гене. Ген— это участок молекулы ДНК, определяющий порядок аминокислот в молекуле белка. Следовательно, от порядка нуклеотидов в гене зависит порядок аминокислот в полипептиде, т.е. его первичная структура, от которой в свою очередь зависят все другие структуры, свойства и функции белковой молекулы. Система записи генетической информации в ДНК (и - РНК) в виде определенной последовательности нуклеотидов называется генетическим кодом. Т.е. единица генетического кода (кодон) — это триплет нуклеотидов в ДНК или РНК, кодирующий одну аминокислоту. Всего генетический код включает 64 кодона, из них 61 кодирующий и 3 некодирующих (кодонытерминаторы, свидетельствующие об окончании процесса трансляции). Кодоны-терминаторы в и - РНК: УАА, УАГ, УГА, в ДНК: АТТ, АТЦ, АЦТ. Начало процесса трансляции определяет кодон-инициатор (АУГ, в ДНК — ТАЦ), кодирующий аминокислоту метионин. Этот кодон первым входит в рибосому. Впоследствии метионин, если он не предусмотрен в качестве первой аминокислоты данного белка, отщепляется. Генетический код обладает характерными свойствами. 1. Универсальность — код одинаков для всех организмов. Один и тот же триплет (кодон) в любом организме кодирует одну и ту же аминокислоту. 2. Специфичность — каждый кодон шифрует только одну аминокислоту. 3. Вырожденность — большинство аминокислот могут кодироваться несколькими кодонами. Исключение составляют 2 аминокислоты — метионин и триптофан, имеющие лишь по одному варианту кодона. 4. Между генами имеются «знаки препинания» — три специальных триплета (УАА, УАГ, УГА), каждый из которых обозначает прекращение синтеза полипептидной цепи. 5. Внутри гена «знаков препинания» нет. Для того, чтобы синтезировался белок, информация о последовательности нуклеотидов в его первичной структуре должна быть доставлена к рибосомам. Этот процесс включает два этапа – транскрипцию и трансляцию. Транскрипция (переписывание) информации происходит путем синтеза на одной из цепей молекулы ДНК одноцепочной молекулы РНК, последовательность нуклеотидов которой точно соответствует последовательности нуклеотидов матрицы – полинуклеотидной цепи ДНК. Она (и - РНК) является посредником, передающим информацию от ДНК к месту сборки молекул белка в рибосоме. Синтез и - РНК (транскрипция) происходит следующим образом. Фермент (РНК полимераза) расщепляет двойную цепочку ДНК, и на одной из ее цепей (кодирующей) по принципу комплементарности выстраиваются нуклеотиды РНК. Синтезированная таким образом (матричный синтез) молекула и - РНК выходит в цитоплазму, и на один ее конец нанизываются малые субъединицы рибосом. Второй этап в биосинтезе белка — трансляция — это перевод последовательности нуклеотидов в молекуле и - РНК в последовательность аминокислот в полипептиде. У прокариот, не имеющих оформленного ядра, рибосомы могут связываться с вновь синтезированной молекулой и - РНК сразу же после ее отделения от ДНК или даже до полного завершения ее синтеза. У эукариот и - РНК сначала должна быть доставлена через ядерную оболочку в цитоплазму. Перенос осуществляется специальными белками, которые образуют комплекс с молекулой и - РНК. Кроме функций переноса эти белки защищают и - РНК от повреждающего действия цитоплазматических ферментов. Схема бисинтеза белка: 1 — и-РНК; 2 - субъединицы рибосомы; 3 — т-РНК с аминокислотами; 4 — т-РНК без аминокислот; 5 — полипептид; 6 — кодон и-РНК; 7- антикодон т-РНК. Одна рибосома способна синтезировать полную полипептидную цепь. Однако, нередко по одной молекуле и-РНК движется несколько рибосом. Такие комплексы называются полирибосомами. После завершения синтеза полипептидная цепочка отделяется от матрицы – молекулы и-РНК, сворачивается в спираль и приобретает свойственную ей (вторичную, третичную или четвертичную) структуру. Рибосомы работают очень эффективно: в течение 1с бактериальная рибосома образует полипептидную цепь из 20 аминокислот. Правило Э. Чаргаффа • Э. Чаргафф – известный американский биохимик • Содержание А=Т или А\Т=1 • Содержание Г= Ц или Г\Ц=1 • Значит число пиримидиновых оснований(Ц и Т) равно числу пуриновых оснований(А и Г) Виды РНК • Информационная РНК, матричная(и- РНК) несёт информацию о первичной структуре белка из ядра в цитоплазму, состоит из 300-30000 нуклеотидов, занимает 5% от общего количества РНК в клетке • Транспортная РНК(т- РНК) переносит аминокислоты к рибосомам при биосинтезе белка, состоит из 76-85 нуклеотидов, занимает 10% в клетке • Рибосомная РНК(р- РНК) определяет структуру рибосом, состоит из 3000-5000 нуклеотидов, занимает большую часть РНК в клетке- 80-85% Методы селекции Растения Гибридизация, массовый и индивидуальный отбор, искусственный мутагенез, отдаленная гибридизация, межлинейная гибридизация (гетерозис), полиплоидия Животные Гибридизация, аутбридинг, инбридинг, испытание производителей по потомству, межпородное скрещивание, отдаленная гибридизация, Микроорганизмы Отбор, клеточная (культура тканей) и генная инженерия, искусственный мутагенез, гибридизация Система АВ0 Антигены системы А и В были описаны Карлом Ландштейнером в 1901 г. По наличию или отсутствию в эритроцитах этих антигенов Ландштейнер разделил человечество на три группы: 0 — не содержащую ни антигена А, ни антигена В; А — в эритроцитах которой присутствует только антиген А; В — в которой содержится только антиген В. Группа АВ, в которой присутствуют одновременно оба антигена, была открыта спустя некоторое время после описания первых трех групп и рассматривалась как отклонение от схемы Ландштейнера. Как самостоятельная группа системы АВ0 она стала известна только после того, как опубликовал свою работу Jansky (1907). В системе АВ0 в строгой зависимости от наличия или отсутствия в эритроцитах групповых антигенов А и В сыворотки крови содержат групповые антитела α и β, которые называют также изоагглютининами, или групповыми агглютининами. По серологическим свойствам эритроцитов и плазмы (или сыворотки) кровь человека разделяется на четыре основные группы: 0αβ (I); Aβ (II); Bα (III); AB0 (IV). Группы крови системы АВ0 распространены среди населения различных частей света неравномерно. Кровь состоит из жидкой части и клеток. Жидкая часть представляет собой особый раствор белков, сахаров, жиров, микроэлементов и называется сывороткой крови (плазма). Оставшаяся часть крови представлена различными клетками. В составе крови различают три основных видов клеток: эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Эритроцит – это клетка, имеющая особую форму двояко – вогнутого диска. В клетке нет ядра, а большую часть цитоплазмы эритроцита занимает специальный белок – гемоглобин. Гемоглобин имеет очень сложную структуру, состоит из белковой части и атома железа (Fe). Именно гемоглобин и является переносчиком кислорода. Лейкоциты – большой класс клеток крови, который включает в себя несколько разновидностей. Лейкоциты делятся на гранулоциты (имеют зернистость, гранулы) и агранулоциты (не имеют гранул). К гранулоцитам относятся: нейтрофилы эозинофилы базофилы Агранулоциты включают следующие виды клеток: моноциты лимфоциты Различают 5 основных видов лейкоцитов: нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, моноциты и лимфоциты. Функции лейкоцитов I. Перечень функций Нейтрофилы 8-12 суток. а) Нейтрофилы являются микрофагами: мигрируют из крови в другие ткани и здесь фагоцитируют микробы и прочие частицы, что может приводить к местной воспалительной реакции. б) В очаге воспаления погибшие нейтрофилы и убитые бактерии составляют гной. Базофилы 5 до 12 суток а) Базофилы образуют гистамин, который при воспалении и аллергии способствуют повышению проницаемости микрососудов и их расширению. б) Образуют также гепарин - компонент антисвёртывающей системы крови. Эозинофилы 8—14 дней Лимфоциты от нескольких дней до десяти и более лет. Моноциты до 2-х суток. а) Эозинофилы ограничивают воспалительную реакцию: они перемещаются в область с высокой концентрацией гистамина и оказывают здесь антигистаминное действие: тормозят освобождение гистамина из базофилов, а также адсорбируют его, фагоцитируют и инактивируют. б) Являются также фактором противопаразитарной защиты, воздействуя на простейших щелочным белком. а) Лимфоциты обеспечивают иммунную реакцию: имеют на поверхности специфические иммуноглобулины (выполняющие роль рецепторов), с их помощью и при участии макрофагов распознают чужеродные агенты (антигены) и способствуют их инактивации. б) Последнее осуществляется путём выработки антител, или иммуноглобулинов (Ig) (гуморальный иммунитет), либо путём лизиса клеток (клеточный иммунитет). в) В связи с вышеуказанными функциями, лимфоциты часто называют иммунокомпетентными клетками. 1. Моноциты в тканях превращаются в макрофаги. 2. Последние осуществляют фагоцитоз (непосредственный или опосредованный), представляют лимфоцитам антигены, секретируют медиаторы, регулирующие иммунную реакцию. 3. Известно довольно много разновидностей макрофагов, характерных для разных тканей; они часто имеют специфические названия, и с ними мы познакомимся в последующих темах. Тромбоциты – маленькие клетки круглой или овальной формы, не имеющие ядра. При активации образуют «выросты», приобретая звездчатую форму. Образуются тромбоциты в костном мозгу из мегакариобласта. Однако образование тромбоцитов имеет особенности, нехарактерные для других клеток. Из мегакариобласта образуется мегакариоцит, который является самой большой клеткой костного мозга. Мегакариоцит имеет огромную цитоплазму. В результате созревания в цитоплазме вырастают разделительные мембраны, то есть происходит разделение единой цитоплазмы на небольшие фрагменты. Данные небольшие фрагменты мегакариоцита «отшнуровываются», и это и есть самостоятельные тромбоциты.Из костного мозга тромбоциты выходят в кровоток, где живут 8 – 11 дней, после чего гибнут в селезенке, печени или легких. Клетки Гранулоциты: 1) нейтрофилы 2) эозинофилы 3) базофилы Функции фагоцитоз бактерий аллергические реакции синтез гистамина и гепарина Агранулоциты: фагоцитоз бактерий 1) моноциты синтез антител 2) лимфоциты Строение Место образования гранулярное ядро костный мозг костный мозг, цельное ядро (тимус), лимфосистема, селезенка Форические связи — участие одного вида в распространении другого. Фабрические связи — тип биопенотических отношений, при которых особи одного вида используют для своих сооружений продукты выделения, мертвые остатки или даже живых особей другого вида. Например, птицы строят гнезда из сухих веточек, травы, шерсти млекопитающих и т.п. Личинки ручейников используют для строительства кусочки коры, песчинки, обломки или раковины с живыми моллюсками. Топические отношения характеризуют изменение условий обитания одного вида в результате жизнедеятельности другого: например, отношения между деревьями и гнездящимися на них птицами, живущими на них насекомыми; отношения между организмами и их паразитами и т.п. Ель, затеняя почву, вытесняет светолюбивые виды; ракообразные поселяются на коже китов; мхи и лишайники располагаются на коре деревьев. Все эти организмы связаны друг с другом топическими связями. Арогенез — ароморфоз Аллогенез — идиоадаптация Катагенез — общая дегенерация Каротиноиды, жёлтые, оранжевые или красные пигменты (циклические или ациклические изопреноиды), синтезируемые бактериями, грибами и высшими растениями. Животные обычно не образуют К., но используют их для синтеза витамина А. К К. относятся широко распространённые в растениях каротин и ксантофиллы; ликопин (С40Н5б) — в плодах томатов, шиповника, паслена; зеаксантин (С40Н56О2) — в семенах кукурузы; виолаксантин и флавоксантин — в плодах тыквы; криптоксантин (C40H56O) — в плодах дынного дерева; физалин (C72H116O4) — в цветках и плодах физалиса; фукоксантин (С40Н56О6) — в бурых водорослях; кроцетин (C20H24O4) — в рыльцах шафрана; тараксантин (C40H56O4) — в цветках львиного зева, белокопытника и др. Относительное содержание различных К. меняется в процессе развития растений и под влиянием условий среды. В клетке концентрация К. наиболее высока в пластидах. К. способствуют оплодотворению растений, стимулируя прорастание пыльцы и рост пыльцевых трубок. К. участвуют в поглощении света растениями и восприятии его животными; играют большую роль в процессах фотосинтеза, а также в переносе кислорода в растениях. Число и положение двойных связей в молекулах К. определяют их окраску (известно свыше 150 К.-пигментов). При большем числе двойных связей К. поглощают в длинноволновой части спектра; цвет их ярко-оранжевый или красный. Отличия кукушкина льна и сфагнума Отличия: 1.Кукушкин лен-зеленый мох, сфагнум-белый мох, торфяной 2. У кукушкина льна есть ризоиды, у сфагнума-нет 3. У кукушкина льна стебель не ветвится, а у сфагнума-есть ветви трех видов 4. В листьях у кукушкина льна нет мертвых клеток, а у сфагнума их большое количество, это воздухоносные клетки, способные к поглощению влаги 5. Клетки сфагнума способны образовывать бактерицидные вещества (карболовую кислоту), кукушкин лен-нет 6. Коробочки со спорами у кукушкина льна имеют волосистый колпачек и вытянутую форму, у сфагнума они без колпачка и округлые 7. У кукушкина льна растения мужские и женские, а у сфагнума- обоеполые 8. Коробочки со спорами у кукушкина льна располагаются на верхушках женских растений по одной, а у сфагнума по 3-5 Желчь Желчь представляет собой желтовато-зеленую жидкость, главными компонентами которой являются: желчные кислоты (единственный функциональный компонент желчи) лецитин (фосфолипид) холестерин (жир) билирубин (пегмент, придающий желчи желтый цвет) белки (протеины) соли (бикарбонаты, хлориды и фосфаты натрия, калия, кальция, магния, железа) Основное действие: Эмульгирование и расщепление жира. Жир, который мы поглощаем с пищей, в воде не растворяется. Для его переваривания клетками печени вырабатывается особый секрет – желчь, которая по системе желчных протоков поступает в кишечник, где и происходит переваривание и всасывание пищи. Самыми важными компонентами желчи с точки зрения пищеварения являются желчные кислоты - в основном холевая и дезоксихолевая кислоты. Главное свойство желчных кислот – сильно понижать поверхностное натяжение жидкостей. Они эмульгируют пищевые жиры, превращая их в мельчайшие капли, плавающие в водной среде. В таком состоянии жиры легко подвергаются действию липаз – ферментов, расщепляющих жир до глицерина и жирных кислот, которые затем всасываются в кишечнике. Активация липазы поджелудочной железы. Вырабатываемые поджелудочной железой пищеварительные ферменты поступают в двенадцатиперстную кишку в неактивной форме. Под воздействием желчи липаза (фермент, расщепляющий жир) активируется и становится способной расщеплять жиры. Защита стенки желудка и двенадцатиперстной кишки. Желчь нейтрализует кислое содержимое желудка, поступающее в двенадцатиперстную кишку. Белки желчи при этом образуют осадок, связывающий пепсин (фермент желудка, расщепляющий белки пищи в кислой среде) и этим способствующий защите слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки. Регуляция перистальтики кишечника. Желчь вызывает сокращение мускулатуры кишечника, что способствует перемешиванию, передвижению и эвакуации кишечного содержимого. Выведение из организма продуктов обмена. Желчные кислоты образуются в печени из холестерина. Излишки холестерина поступают в желчь и выводятся из организма через кишечник. Холестерин при температуре 37 градусов (температура тела) в воде не растворяется и в чистом виде сразу начинает образовывать кристаллы. Лецитин, находящийся в желчи, препятствует этому процессу. Также с желчью из организма выводятся продукты распада гемоглобина и некоторые чужеродные вещества, например, лекарственные средства. Лицевой отдел черепа человека представлен парными костями (верхняя челюсть, нёбная, скуловая, носовая, слезная и нижняя носовая раковина) и непарными костями (нижняя челюсть, подъязычная кость и сошник). Рис. 78. Верхняя челюсть (вид снизу): 1 — зубные альвеолы; 2 — небный отросток; 3 — скуловой отросток; 4 — срединный небный шов; 5 — межальвеолярные перегородки Рис. 59. Череп сбоку: теменная кость; 2 — лобная кость; 3 — клиновидная кость; 4 — височная кость; 5 — кость; носовая кость; 7 — скуловая кость; 8 — верхняя 9 — нижняя челюсть; 10 — затылочная кость Б — вид 1— слезная 6— челюсть; Рис. 59. Череп — вид спереди: — теменная кость; 2 — лобная кость; 3 — клиновидная кость; 4 — височная кость; 5 — слезная кость; — носовая кость; 7 — скуловая кость; 8 — верхняя челюсть; 9 — нижняя челюсть; 10 — затылочная кость А 1 6 Строение глаза Палочки обладают высокой светочувствительностью и позволяют видеть при плохом освещении (сумеречное и черно-белое зрение), также они отвечают за периферическое зрение. Колбочки, наоборот, требуют для своей работы большего количества света, но именно они позволяют разглядеть мелкие детали (отвечают за центральное и цветное зрение). Наибольшее скопление колбочек находится в желтом пятне (о нем ниже), отвечающем за самую высокую остроту зрения. Чтобы быстрее запомнить: НОЧЬЮ удобнее ходить с ПАЛОЧКОЙ. ДНЕМ лаборанты работают с КОЛБОЧКАМИ. Сетчатка прилегает к сосудистой оболочке, но на многих участках неплотно. Именно здесь она и имеет тенденцию отслаиваться при различных заболеваниях сетчатки. [Сетчатка повреждается при сахарном диабете, артериальной гипертензии и других заболеваниях] Желтое пятно Желтое пятно является крошечной, желтоватой областью возле центральной ямки (центра сетчатки) и находится рядом с оптической осью глаза. Это область наибольшей остроты зрения, тот самый «центр зрения», который мы обычно наводим на предмет. ПОСТОЯНСТВО рH Постоянство кислотно-щелочного равновесия внутренней среды поддерживается буферными системами крови и физиологическими механизмами. Буферные системы – это комплекс слабых кислот и оснований, который способен препятствовать сдвигу реакции в ту или иную сторону. Свойства генетического кода? 1. Код триплетен. В состав РНК входят 4 нуклеотида: А, Г, Ц, У. Если бы мы пытались обозначить одну аминокислоту одним нуклеотидом, то 16 из 20 аминокислот остались бы не зашифрованы. Двухбуквенный код позволил бы зашифровать 16 аминокислот (из четырех нуклеотидов можно составить 16 различных комбинаций, в каждой из которых имеется два нуклеотида). Природа создала трехбуквенный, или триплетный, код. Это означает, что каждая из 20 аминокислот зашифрована последовательностью трех нуклеотидов, называемых триплетом или кодоном. Из 4 нуклеотидов можно создать 64 различные комбинации по 3 нуклеотида в каждой (4*4*4=64). Этого с избытком хватает для кодирования 20 аминокислот и, казалось бы, 44 кодона являются лишними. Однако это не так. 2. Код вырожден. Это означает, что каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном (от двух до шести). Исключение составляют аминокислоты метионин и триптофан, каждая из которых кодируется только одним триплетом. (Это видно из таблицы генетического кода .) Тот факт, что метионин кодируется одним триплетом АУТ, имеет особый смысл, который вам станет понятен позже ( 16 ). 3. Код однозначен. Каждый кодон шифрует только одну аминокислоту. У всех здоровых людей в гене, несущем информацию о бета-цепи гемоглобина , триплет ГАА или ГАГ, I стоящий на шестом месте, кодирует глутаминовую кислоту. У больных серповидноклеточной анемией второй нуклеотид в этом триплете заменен на У. Как видно из таблицы, триплеты ГУА или ГУГ, которые в этом случае образуются, кодируют аминокислоту валин. К чему приводит такая замена, вы уже знаете из раздела о ДНК . 4. Между генами имеются "знаки препинания". В печатном тексте в конце каждой фразы стоит точка. Несколько связанных по смыслу фраз составляют абзац. На языке генетической информации таким абзацем являются оперон и комплементарная ему и-РНК. Каждый ген в опероне кодирует одну полипептидную цепочку - фразу. Так как в ряде случаев по матрице и-РНК последовательно создается несколько разных полипептидных цепей, они должны быть отделены друг от друга. Для этого в генетическом коде существуют три специальные триплета - УАА, УАГ, УГА, каждый из которых обозначает прекрдщение синтеза одной полипептидной цепи. Таким образом, эти триплеты выполняют функцию знаков препинания. Они находятся в конце каждого гена. Внутри гена нет "знаков препинания". Поскольку генетический код подобен языку, разберем это свойство на примере такой составленной из триплетов фразы: жил был кот тих был сер мил мне тот кот. Смысл написанного понятен, несмотря на отсутствие "знаков препинания. Если же мы уберем в первом слове одну букву (один нуклеотид в гене), но читать будем также тройками букв, то получится бессмыслица: илб ылк отт ихб ылс ерм илм нет отк от Нарушение смысла возникает и при выпадении одного или двух нуклеотидов из гена. Белок, который будет считываться с такого испорченного гена, не будет иметь ничего общего с тем белком, который кодировался нормальным геном. Код универсален. Генетический код един для всех живущих на Земле существ. У бактерий и грибов, пшеницы и хлопка, рыб и червей, лягушки и человека одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты. Биогеографические доказательства эволюции. Ярким свидетельством произошедших и происходящих эволюционных изменений является распространение животных и растений по поверхности нашей планеты. Еще в эпоху Великих географических открытий путешественников и натуралистов поражало разнообразие животных в дальних странах, особенности их распространения. Однако лишь А. Уоллесу удалось привести все сведения в систему и выделить шесть биогеографических областей (рис. 56): 1) Палеоарктическую, 2) Неоарктическую (Палеоарктическую и Неоарктическую зоны часто объединяют в Голарктическую область), 3) Индо-Малайскую, 4) Эфиопскую, 5) Неотропическую и 6) Австралийскую. Рис. 56. Карта биогеографических зон Сравнение животного и растительного мира разных зон дает богатейший научный материал для доказательства эволюционного процесса. Фауна и флора Палеоарктической (Евроазиатской) и Неоарктической (Североамериканской) областей, например, имеют много общего. Это объясняется тем, что в прошлом между названными областями существовал сухопутный мост — Берингов перешеек. Неоарктическая и Неотропическая области, напротив, имеют мало общих черт, хотя в настоящее время соединены Панамским перешейком. Это объясняется изолированностью Южной Америки в течение нескольких десятков миллионов лет. После возникновения Панамского моста лишь немногим южноамериканским видам удалось проникнуть на север (дикобраз, броненосец, опоссум). Североамериканские виды преуспели в освоении южноамериканской области несколько больше. Ламы, олени, лисы, выдры, медведи проникли в Южную Америку, но не оказали существенного влияния на ее уникальный видовой состав. Интересен и своеобразен животный мир Австралийской области. Известно, что Австралия обособилась от Южной Азии еще до возникновения высших млекопитающих. Таким образом, распределение видов животных и растений по поверхности планеты и их группировка в биогеографические зоны отражают процесс исторического развития Земли и эволюции живого. Типы взаимоотношений Мутуализм - взаимополезное сожительство, когда присутствие партнера становится обязательным условием существования каждого из них. Примером служит сожительство клубеньковых бактерий и бобовых растений, которые могут совместно жить на почвах, бедных азотом, и обогащать им почву; опыление растения (инжир, купальница, дурман, орхидейные) и насекомые; носорог и птицы; кедровки и семена кедровой сосны; сойки и дубы; шмели и клевер; бабочки-бражники и душистый табак. Протокооперация - Это совместное, хотя и необязательное существование обоих видов, но не является непременным условием выживания. Например: цветковые растения и насекомые-опылители; муравьи и семена растений, отношения крабов и кишечнополостных, которые прикрепляются к крабам, маскируя и защищая их своими стрекательными клетками. В то же время они используют крабов как транспортные средства и поглощают остатки их пищи. Комменсализм - Это отношения, при которых один вид получает выгоду, другой же испытывает угнетение. Типы скрещиваний и методы разведения, применяемые в животноводстве В селекционной работе важно представлять конечную цель, к которой стремится селекционер. Желательно ли увеличить продукцию молока, повысить его жирность или изменить мясные качества скота – все это требует разных направлений отбора и подбора производителей, применения различных систем скрещивания. При подборе производителей важно учитывать их родословные. В племенных хозяйствах всегда ведутся племенные книги, в которых подробно учитываются экстерьерные особенности и продуктивность родительских форм в течение ряда поколений. По признакам предков можно судить о генотипе производителей. Типы скрещивания при селекционной работе с животными разнообразны. Применяют в основном два типа скрещивания: неродственное и родственное. Неродственное скрещивание, или аутбридинг (от англ. out – вне и breeding – разведение), осуществляется между особями одной породы или между особями разных пород животных. При строгом отборе приводит к поддержанию свойств или улучшению их в ряду следующих поколений гибридов, т.к. в потомстве может получиться удачная комбинация генов, обеспечивающая формирование целого ряда хозяйственно-важных признаков. Близкородственное скрещивание, или инбридинг, проводится между братьями и сестрами или родителями и потомством. Этот тип скрещивания применяют в тех случаях, когда желают перевести большинство генов породы в гомозиготное состояние, т.е. для получения чистых линий, сохранения хозяйственно-важных признаков, повышения стабильности этих признаков для последующего скрещивания и получения эффекта гетерозиса. Такое скрещивание до известной степени аналогично самоопылению у растений, т.к. приводит к повышению гомозиготности. При близкородственном скрещивании часто наблюдается ослабление животных, потеря устойчивости к действию внешних факторов, к заболеваниям. Все эти отрицательные проявления близкородственного скрещивания называются депрессией. Межлинейное скрещивание проводится между представителями чистых гомозиготных линий для того, чтобы избежать неблагоприятного действия рецессивных генов, перевести их в гетерозиготное состояние и вызвать эффект гетерозиса. Обычно для скрещивания используются представители нескольких линий. Отдаленная гибридизация, т.е. межвидовое скрещивание, известно у животных с древнейших времен. Чаще всего межвидовые гибриды стерильны, т.к. у них нарушается мейоз, что приводит к нарушению гаметогенеза. С глубокой древности человек использует гибрид кобылицы с ослом – мула, который отличается выносливостью и большой продолжительностью жизни. Преодоление бесплодия межвидовых гибридов животных – важная задача селекции. Иногда гаметогенез у отдаленных гибридов протекает нормально, и это позволило получить новые ценные породы животных. Примером могут служить архаромериносы, которые могут пастись высоко в горах, как архары, и, как мериносы, дают хорошую шерсть. Получены плодовитые гибриды от скрещивания местного крупного рогатого скота с яками и зебу (подвидом крупного рогатого скота, распространенного в Азии и Африке). Продуктивны гибриды белуги и стерляди (бестер), хорька и норки (хонорик), карпа и карася. Также плодовито потомство, полученое при скрещиваниях между одногорбым и двугорбым верблюдами, домашней лошадью и лошадью Пржевальского, зубрами и бизонами. В животноводстве используют два основных метода разведения: внутрипородное и межпородное. Внутрипородное разведение, или разведение «в себе», направлено на сохранение и улучшение породы. Практически оно выражается в отборе лучших производителей, выбраковке особей, не отвечающих требованиям породы. Межпородное разведение используют для создания новой породы. При этом часто проводят близкородственное скрещивание, что помогает получить большое количество особей, обладающих нужными свойствами. Возвратными называют скрещивания, при которых гибрид повторно скрещивают с одной из родительских форм. Центры происхождения культурных растений На основе изучения собранного материала Н. И. Вавилов выделил семь центров происхождения культурных растений (таблица ниже). Центры происхождения важнейших культурных растений связаны с древними очагами цивилизации и местами первичного возделывания и селекции растений. Подобные очаги одомашнивания (центры происхождения) выявлены и у домашних животных. Таблица. Центры происхождения культурных растений Центры происхождения Местоположение Культурные растения Южноазиатский тропический Тропическая Индия, Индокитай, Южный Китай Рис, сахарный тростник, цитрусовые, огурец, баклажан и др. (50% культурных растений) Восточно-азнатский Центральный и Восточный Китай, Япония, Корея, Тайвань Соя, просо, гречиха, плодовые и овощные культуры —- слива, вишня и др. (20% культурных растений) Маяая и Средняя Азия, Иран, Юго-Западно-азиатский Афганистан, Юго-Западная Индия Пшеница, рожь, бобовые культуры, лен, конопля, репа, морковь, виноград, чеснок, груша, абрикос и Др.(14% культурных растений) Средиземноморский Страны по берегам Средиземного моря Капуста, сахарная свекла, маслины, кормовые травы (11% культурных растений) Абиссинский Абиссинское нагорье Африки Твердая пшеница, ячмень, сорго, кофейное дерево, банан Центральноамериканск Южная Мексика ий Южноамериканский Западное побережье Южной Америки Кукуруза, какао, тыква, табак, хлопчатник Картофель, ан Физиологические изгибы позвоночника У взрослого человека позвоночник имеет четыре физиологических изгиба в сагиттальной плоскости: шейный лордоз, грудной кифоз, поясничный лордоз, крестцово-копчиковый кифоз. Изгибы выпуклостью вперед называются лордозами, изгибы назад кифозами. Благодаря им мы приобретаем правильную осанку: туловище и голова держатся вертикально, грудная клетка при ровной линии живота выступает вперед, ноги стоят прямо и прочно. Все эти естественные физиологические изгибы - и кифозы, и лордозы - приспособления полезные и совершенно необходимые. Кифозы и лордозы придают нашему позвоночнику необыкновенное свойство свойство упругости. Благодаря кифозам и лордозам нагрузка в позвоночнике распределяется относительно равномерно на все отделы позвоночника. Размеры и выраженность физиологических изгибов различны, они зависят от особенностей каждого человека - ведь в мелочах люди разные, они только в общем и целом устроены одинаково. Другое дело, когда в результате постоянного неправильного положения тела или других обстоятельств изгибы позвоночника видоизменяются в выраженные, болезненные формы. Это уже недуг. Физиологические изгибы формируются в процессе роста ребенка У новорожденного позвоночник имеет форму полой дуги. На 3-4 месяце с удержанием головы формируется шейный лордоз. Когда ребенок научится держать головку и садится в своей кроватке, всем телом склонившись вперед. Внимание! У ребенка образуются грудной и крестцово-копчиковый кифозы. Когда ребенок встает на ножки и начинает ходить. Формируется поясничный лордоз и небольшое искривление выпуклостью кзади грудного отдела позвоночника. К 7-летнему возрасту окончательно физиологические изгибы позвоночника. формируются все Происхождение и развитие жизни на земле Теории возникновения жизни на Земле: • Креационизм – жизнь была создана сверхъестественным существом в определённое время. • Теория стационарного состояния – жизнь существовала всегда. • Панспермия – жизнь занесена на нашу планету из вне. • Физические гипотезы – жизнь возникла, в результате процессов, подчиняющихся физическим законам. • Химические гипотезы – жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим законам. Учёные подразделяют историю Земли на длительные промежутки времени – эры. Эры подразделяются на периоды, периоды на эпохи, эпохи на века. Названия периодов либо происходят от географического района, где впервые были изучены отложения данного времени (девон – от графства Девои в Англии), либо отражают преобладающие отложения определённого типа (карбон, характеризовался образованием каменного угля). Разделение на эры и периоды не случайно. Окончание одной эры и начало другой знаменовалось существенными преобразованиями лика Земли. Жизнь возникла на границе катархея и архея. В течении архея и протерозоя происходит длительная эволюция жизни. К началу палеозоя химический состав атмосферы Земли мало отличался от современного. Клеточный цикл. Митотический цикл включает в себя митоз ,а также период покоя (G0), постмитотический (G1), синтетический (S) и предмитотический(G2) периоды интерфазы. Интерфаза (периоды и процессы, проходящие здесь). Интерфаза – это период между двумя клеточными делениями. В интерфазе ядро компактное, не имеет выраженной структуры, хорошо видны ядрышки. Совокупность интерфазных хромосом представляет собой хроматин. В состав хроматина входят: ДНК, белки и РНК в соотношении 1 : 1,3 : 0,2, а также неорганические ионы. Структура хроматина изменчива и зависит от состояния клетки. Период покоя клетки (G0)- в период покоя судьба клетки не известна: она либо может начать подготовку к делению, либо погибнуть. Постмитотический (пресинтетичекий) период (G1). Фаза G1 – это основное рабочее состояние клетки. В этом состоянии идет транскрипция и трансляция, восстановление объема и внутреннего содержания клетки, идет размножение пластид и митохондрий. Синтетический период (S1) – это период, когда ДНК в ядре удваивается. Репликация ДНК начинается во многих, однако строго определенных, местах, причем где-то раньше, где-то позже; тем не менее, к концу Sфазы каждая молекула ДНК удваивается полностью. В S-фазе в клетке активно синтезируются гистоны и прочие белки хроматина. Среди белков хроматина имеется очень малая по количеству, но очень разнообразная и важная часть – специфические генные регуляторы (это те белковые репрессоры и активаторы, которые включают и выключают гены). Генов – десятки тысяч.. И в то же время репликация – это именно тот критический момент, когда многие гены выключаются или включаются в ходе индивидуального развития. В течение периода G1 среди других белков могут быть синтезированы новые регуляторы, и во время S периода они могут успешно конкурировать со старыми за вновь синтезированные регуляторные области ДНК. Или, наоборот, бывают недосинтезированы старые регуляторы, в результате созданные заново регуляторные области ДНК оказываются не занятыми или занятыми регуляторами, сродство которых к ним меньше. Кроме того, каждый белок-регулятор в моменты репликации ДНК вынужден конкурировать за те участки вновь синтезируемой ДНК, к которым он специфичен, с таким неспецифическим репрессором генной активности, как линкерный гистон Н1 (это тот гистон, который связывается с ДНК после того, как остальные гистоны образовали бусы из нуклеосом, и укладывает их в фибриллу диаметром 30 нм). Так, за счет некоторых изменений в присутствии регуляторов на регуляторных последовательностях ДНК тех или иных генов, в ходе индивидуального развития многоклеточного организма клетки и приобретают новые свойства. Наконец, в клетке есть еще одна структура, удваивающаяся именно в S-периоде. Это центросома. Центросома является местом, откуда формируется такой элемент цитоскелета, как микротрубочки. В интерфазе миркотрубочки растут от центросомы по направлению ко всей клеточной периферии. Некоторые из них становятся нестабильными и быстро разбираются на отдельные молекулы тубулина. В конце периода G1 центриоли расходятся на несколько микрон. А в S-периоде рядом с каждой центриолью строится вторая центриоль, и центросома удваивается. Предмитотический (постсинтетический) период (G2) – подготовка к делению. На данной стадии нарабатываются определенные белки. В это время завершается формирование двух центросом, а система интерфазных микротрубочек начинает разрушаться, высвобождая тубулин, из которого микротрубочки состоят. Хромосомы в это время уже начинают дополнительно конденсироваться. Клетка готова к делению. Cобственно митоз. Планктон (от греч. planktos — блуждающий) это разнородные, в основном мелкие организмы, населяющих толщу воды континентальных и морских водоёмов и не способных противостоять переносу течениями. Нектон отличается от планктона тем, что его представители совершают значительные передвижения, а не просто парят в воде. У планктонных организмов, например, у медуз, ветвистоусых и веслоногих рачков, есть органы передвижения, однако они не могут следовать по определенному курсу, и полностью подвластны течению воды Нектонные организмы в противоположность планктонным приобрели ряд приспособлений, позволяющих им двигаться, плыть, скользить по воде, а иногда даже летать по воздуху на десятки метров (летучие рыбы, кальмары). Чаще всего движение в воде осуществляется за счет изгибания тела. Бентос включает в себя все организмы, обитающие на поверхности грунта водоема и в его толще. Всякое озеро, болото, так же как любое море или океан, имеет жизненную форму в виде бентоса. Организмы, живущие на поверхности грунта представляют, эпибентос, а внутри грунта - эндобентос. Среди бентоса можно встретить бродячие формы, мало подвижные, а то и совсем прикрепленные. Так же как и планктонные организмы, бентос делится на макро-, мезо- и микробентос с соответствующими размерами, от 1 метра до 2 мм, от 2 мм до 0,1 мм мельче 0,1 мм. Организмы, живущие на дне, приобрели ряд приспособлений к удержанию на твердом грунте и выработали эффективные способы передвижения как по поверхности грунта, так и внутри грунта. Почти все гидробионты, входящие в бентос, приспособлены временно выходить в толщу воды, и переходить в нектонное состояние. Для удержания на грунте бентосные организмы увеличили свой удельный вес за счет тяжелого скелета и развили различные органы прикрепления к грунту. Другие частично или полностью заглубились в грунт. Перифитон - очень близок к бентосу, однако у него есть различия с ним. Перифитон как обычно поселяется на жестких предметах вводимых человеком в воду и представляет собой ничто другое как "обрастание". Для технической гидробиологии знание законов развития и скорости обрастания играют важную роль, так как большинство технических сооружений (корабли, сваи, плоты и гидротехнические сооружения) подвергаются не только обрастанию, но и некоторому разрушению под влиянием перифитона. Следует добавить, что перифитон можно найти не только на искусственных сооружениях, но и на животных и растениях. В морской воде перифитон может быть двойной и даже тройной, когда на одних организмах поселяются другие, а на них в свою очередь третьи и так далее. Если взять раковину морского гребешка, то на ней можно найти балянусов (морских желудей), на которых в свою очередь живут мшанки. Нейстон и плейстон. Есть еще две жизненные формы гидробионтов. Для своего существования они избрали пленку воды или границу между водой и атмосферой. В чем же различие между неистоном и плейстоном? Нейстонные организмы, используя пленку натяжения воды, бегают по ней или же под ней, не выходя в атмосферу, а плейстонные организмы крупнее нейстона. В эту форму входят организмы, которые частично живут в воде, а частично высовываются из воды. Рассмотрим подробнее те и другие организмы. На верхней стороне пленки бегают клопы-водомерки, вертячки, мухи эфидры к другие. Все эти организмы относят к эпинейстону. В океанах так же как и в пресноводных водоемах бегают по поверхности водомерки, это, пожалуй, единственное насекомое приспособившееся жить далеко от берега в океане. Пленка натяжения прогибается под ногами насекомых, но не рвется, так как организмы эти очень легки, а конечности и тело у них гидрофобны, то есть не смачиваются водой. Для увеличения контакта с пленкой воды на конечностях у них есть специальные выросты хитина, напоминающие волоски. Если же в водоем попадают синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), то пленка под их воздействием начинает рваться и нейстонные организмы тонут. Со стороны воды к поверхностной плёнке примыкает много организмов, относящихся к гипонейстону: жукиводолюбы, моллюски, клопы и личинки комаров. Плейстонные организмы двойственны по природе, так как частично они находятся в воздухе, а частично в воде. Большинство плейстонных организмов живет в море. Из них особенно выделяется физалия, у которой есть крупный пузырь, напоминающий парус. Благодаря парусу физалия может плыть даже против течения. Плейстонными организмами становятся также многие рыбы, когда они высовывают свой плавник из воды и плывут по ветру многие километры, как например, рыба-луна. Тундра – это природная зона, которая отличается почвой с крайне низким содержанием гумуса и весьма скудной растительностью. Тайга – это природная зона, которая характеризуется доминированием хвойных деревьев над прочими представителями растительного сообщества. Сравнение тундры и тайги В чем же разница между тундрой и тайгой? Зона тундры протянулась лентой через все материки Северного полушария. Она проходит широкой полосой в Северной Америке и более узкой в Евразии, ориентируясь или «опираясь» на линию Северного полярного круга. На обоих материках зона тундры находится между зонами тайги и зоной арктических пустынь. Тайга расположена южнее тундры. Ширина полосы тайги в Северной Америке такая же внушительная, как и зона тундры, а в Евразии полоса тайги практически в 2 раза шире, чем зона тундры. Зона тундры приурочена к субарктическому климатическому поясу. Средние температуры лета здесь колеблются от 0°C до +15°C, а зимы – от -5°C на западе до -45°C в центральной и восточной части материков. Количество осадков изменяется с запада на восток, но не превышает значения в 400 мм. Зона тайги приурочена к северной части умеренного климатического пояса. Средние температуры лета в тайге варьируют от 5°C до +25°C, а зимние – от 0°C на западе до -45°C в центральной и восточной части материков. Количество осадков изменяется с запада на восток, но не превышает предела в 600 мм. Из-за суровых климатических условий почвы в тундре сформировались тундрово-глеевые и торфянистые с минимальным количеством гумуса. Значительная часть тундры находится в зоне вечной мерзлоты, поэтому грунт там не формируется. Это – каменистая тундра. Климат тайги позволил сформироваться относительно более плодородным подзолистым грунтам. На очень скудных грунтах, в условиях вечной мерзлоты и кратковременного, всего в три месяца, периода весны-лета-осени, в тундре хорошо растут лишь мхи да лишайники, а также невысокие злаки и карликовые, кустарникоподобные ивы и березы. В тайге, в качественно лучших условиях и на более плодородных грунтах, вырастают светлохвойные (сосна, кедр) и темнохвойные (ель, лиственница) лесные массивы. Оба подвида тайги отличаются редким подлеском и однообразным, скудным в видовом отношении травяно-моховым покровом. В североамериканской тайге рядом с хвойными деревьями растут клены, буки, дубы, березы и каштаны. В тундре живут преимущественно северные олени и карибу, полярные лисы и волки, снежные бараны, лемминги, зайцы, песцы, белые куропатки и полярные совы. Тайга стала надежным домом для благородных оленей, лосей, косуль, медведей, волков, росомах, рысей, глухарей, рябчиков, клестов, опоссумов, дикобразов, скунсов и огромного количества пушного зверья. Тундра используется человеком лишь как полигон для добычи топливных ресурсов, а также руд ценных металлов. Медленно восстанавливается и тяжело страдает от присутствия человека. Тайга используется как источник древесины, пушнины, ягод и грибов, но легко и быстро восстанавливается. отличие тундры от тайги заключается в следующем: 1. Тундра расположена севернее, тайга – южнее. 2. Тундра тянется практически вдоль обоих материков Северного полушария, а тайга прерывается зонами высотной поясности. 3. Тундра – это субарктический климатический пояс, а тайга – умеренный. 4. В тундре холоднее и суше, в тайге – относительно теплее и более влажно. 5. Грунты тайги более плодородны, чем почвы тундры. 6. Тайга – это глобальное царство деревьев, тундра – это мхи, лишайники, злаки и карликовые деревья. 7. Обе зоны отличает разное хозяйственное использование человеком их территорий, а также скорость, с которой они восстанавливаются после эксплуатации их ресурсов. Акт дыхания у птиц при покое совершается, как и у всех амниот, путем расширения и сужения грудной клетки, что достигается приближением и удалением грудины от позвоночника. Но в полете такое дыхание в связи с работой грудных мышц становится невозможным, и оно совершается при помощи воздушных мешков. При каждом подъеме крыльев воздушные мешки механически растягиваются и наполняются через легкие воздухом, при опускании же крыльев они сжимаются, и воздух через легкие вновь выходит наружу. В самих воздушных мешках окисления крови не происходит, но так как объем их во много раз превосходит объем легких, то лишь часть кислорода воздуха, входящего в мешки, используется легкими, и при выходе еще богатый кислородом воздух вновь окисляет кровь в легких. Таким образом, кровь окисляется при вдохе и выдохе. Это явление получило название двойного дыхания. Так достигается усиленный газообмен, необходимый птицам в связи с их усиленной работой в полете. Благодаря тому что движение крыльев связано с актом дыхания, птица при полете не может «задохнуться», так как чем сильнее она машет крыльями, тем интенсивнее дышит. Схема воздушных мешков птицы с вентральной стороны (по Элленбергеру и Бауму): 1 — трахея, 2 — легкие, 3 — шейный мешок, 4 — межключичный мешок, 5, 6, 7 и 8 — выросты межключичного мешка (подмышечные, грудной, реберный и плечевой), 9 — передний грудной мешок, 10 — задний грудной мешок, 11 — брюшной мешок СТРОЕНИЕ КОСТИ Основу кости составляют коллагеновые волокна, окруженные кристаллами гидроксиапатита, которые слагаются в пластинки. Пластинки эти в костном веществе частью располагаются концентрическими слоями вокруг длинных разветвляющихся каналов (Гаверсовы каналы), частью лежат между этими системами, частью обхватывают целые группы их или тянутся вдоль поверхности кости. Гаверсов канал в сочетании с окружающими его концентрическими костными пластинками считается структурной единицей компактного вещества кости — остеоном. Параллельно поверхности этих пластинок в них расположены слои маленьких звездообразных пустот, продолжающихся в многочисленные тонкие канальцы — это так называемые «костные тельца», в которых находятся костные клетки, дающие отростки в канальцы. Канальцы костных телец соединяются между собой и с полостью Гаверсовых каналов, внутренними полостями и надкостницей, и таким образом вся костная ткань оказывается пронизанной непрерывной системой наполненных клетками и их отростками полостей и канальцев, по которым и проникают необходимые для жизни кости питательные вещества. По Гаверсовым каналам проходят тонкие кровеносные сосуды (обычно артерия и вена); стенка Гаверсова канала и наружная поверхность кровеносных сосудов одеты тонким слоем эндотелия, а промежутки между ними служат лимфатическими путями кости. Губчатое костное вещество не имеет Гаверсовых каналов. Костная ткань рыб представляет некоторые отличия: Гаверсовых каналов здесь нет, а канальцы костных телец сильно развиты. Остеобласты Остеобласты — молодые остеобразующие клетки костей (диаметр 15-20 мкм), которые синтезируют межклеточное вещество — матрикс. По мере накопления межклеточного вещества остеобласты замуровываются в нём и становятся остеоцитами. Родоначальником являются адвентициальные клетки. Остеоциты Остеоциты — клетки костной ткани позвоночных животных и человека, значительно или полностью утратившие способность синтезировать органический компонент матрикса. Они имеют отростчатую форму, округлое плотное ядро и слабобазофильную цитоплазму. Органоидов мало, клеточного центра нет - клетки утратили способность к делению. Они располагаются в костных полостях, или лакунах, повторяющих контуры остеоцита, и имеют длину 22-25 мкм, а ширину 6-14 мкм. Во все стороны от лакун отходят слегка ветвящиеся канальцы костных полостей, анастомозирующие (сообщающиеся) между собой и с периваскулярными пространствами сосудов, идущих внутри кости. В пространстве между отростками остеоцитов и стенками канальцев содержится тканевая жидкость, движению которой способствуют "пульсирующие" колебания остеоцитов и их отростков. Остеоциты единственная живая и активно функционирующая клетка в зрелой костной ткани, их роль заключается в стабилизации органического и минерального состава кости, обмене веществ (в том числе в транспортировке ионов Са из кости в кровь и обратно). Костная ткань, не содержащая живых остеоцитов, быстро разрушается. Остеокласты Клетки гематогенного происхождения, образующиеся из моноцитов. Может содержать от 2 до 50 ядер. Организация остеокласта адаптирована к разрушению кости. В сочетании с остеобластами, остеокласты контролируют количество костной ткани (остеобласты создают новую костную ткань, а остеокласты разрушают старую) ТИПЫ ПРОРАСТАНИЯ СЕМЯН Существуют надземный (фасоль, тыква, редька) и подземный (горох, пшеница, дуб) типы прорастания семян. При надземном прорастании семядоли с почкой выносятся на поверхность почвы. В случае подземного прорастания семени семядоли остаются в почве, а на ее поверхность выходит только почка с первыми листьями. ТИМУС В тимусе образуются и дифференцируются лимфоциты: В-лимфоциты и Т-лимфоциты, которые синтезируют антитела и антиоксины. В-лимфоциты вырабатывают антитела, а Т-лимфоциты делятся на: хелперов — стимулируют реакции иммунитета; супрессоров — блокируют чрезмерные реакции В-лимфоцитов; киллеров - убивают опухолевые клетки Т-лимфоциты проходят предварительную обработку в печени и костном мозге. О деталях предварительной обработки В-лимфоцитов известно гораздо меньше, чем о предобработке Т-лимфоцитов. Известно, что у человека предварительная обработка Влимфоцитов осуществляется в печени в середине внутриутробного периода развития, а также в костном мозге в конце внутриутробного периода и после рождения. Существуют два важных различия между В- и Т-лимфоцитами. Во-первых, Влимфоциты активно секретируют реактивные агенты, называемые антителами, в отличие от Т-лимфоцитов, реагирующих с антигеном непосредственно. Антитела — это крупные белковые молекулы, способные соединяться с антигенной субстанцией и разрушать ее. Во-вторых, разнообразие В-лимфоцитов выражено больше, чем у Тлимфоцитов, т.е. формируются миллионы типов В-лимфоцитарных антител с разными специфическими реактивностями. После предобработки В-лимфоциты, как и Тлимфоциты, мигрируют к лимфоидной ткани по всему телу, где временно располагаются рядом, но несколько обособленно от областей локализации Тлимфоцитов. Анализ родословных При анализе родословных следует учитывать ряд особенностей разных типов наследования признаков. 1. Аутосомно-доминантное наследование: 1) признак встречается в родословной часто, практически во всех поколениях, одинаково часто и у мальчиков, и у девочек; 2) если один из родителей является носителем признака, то этот признак проявится либо у всего потомства, либо у половины. 2. Аутосомно-рецессивное наследование: 1) признак встречается редко, не во всех поколениях, одинаково часто и у мальчиков, и у девочек; 2) признак может проявиться у детей, даже если родители не обладают этим признаком; 3) если один из родителей является носителем признака, то он не проявится у детей или проявится у половины потомства. 3. Наследование, сцепленное с полом: 1) Х-доминантное наследование: — чаще признак встречается у лиц женского пола; — если мать больна, а отец здоров, то признак передается потомству независимо от пола, он может проявляться и у девочек, и у мальчиков; — если мать здорова, а отец болен, то у всех дочерей признак будет проявляться, а у сыновей нет. 2) Х-рецессивное наследование: — чаще признак встречается у лиц мужского пола; — чаще признак проявляется через поколение; — если оба родителя здоровы, но мать гетерозиготна, то признак часто проявляется у 50% сыновей; — если отец болен, а мать гетерозиготна, то обладателями признака могут быть и лица женского пола. 3) У-сцепленное наследование: — признак встречается только у лиц мужского пола; — если отец несет признак, то, как правило, этим признаком обладают и все сыновья. 4. Цитоплазматическое наследование: 1) признак одинаково часто встречается у представителей обоих полов; 2) признак передается потомкам только от матери; 3) мать, несущая признак, передает его либо всему потомству, либо только его части. Основные этапы решения задач 1. Определите тип наследования признака — доминантный или рецессивный. Для этого выясните: 1) часто ли встречается изучаемый признак (во всех поколениях или нет); 2) многие ли члены родословной обладают признаком; 3) имеют ли место случаи рождения детей, обладающих признаком, если у родителей этот признак не проявляется; 4) имеют ли место случаи рождения детей без изучаемого признака, если оба родителя им обладают; 5) какая часть потомства несет признак в семьях, если его обладателем является один из родителей. 2. Определите, наследуется ли признак сцепленно с полом. Для этого выясните: 1) как часто встречается признак у лиц обоих полов; если встречается редко, то лица какого пола несут его чаще; 2) лица какого пола наследуют признак от отца и матери, несущих признак. 3. Исходя из результатов анализа, постарайтесь определить генотипы всех членов родословной. Для определения генотипов прежде всего выясните формулу расщепления потомков в одном поколении. Системы группы крови В 1946 г. А.Моурант обнаружил в сыворотке человека с фамилией Льюис (Lewis) неизвестные ранее антитела. Этот фактор был назван Льюис – Lea . Позднее был обнаружен еще один антиген системы Льюис – Leb. Затем были открыты системы групп крови: Даффи, Р, Келл, Ливи, Беккер, Кавальере, Грейдон, Кидд, Диего и другие – всего около 75, причем это число постоянно растет. Это достаточно редкие системы. Однако не стоит считать их «не важными», не имеющими значения: почти каждый новый антиген обнаруживается при осложнениях во время переливания крови, беременности и т.д. Если классифицировать людей по всем известным к настоящему времени системам крови, мы получим поразительные результаты. Например, с учетом только 12 систем, распространенных среди европейцев, получится 290 304 возможных вариантов (Рябинина А. 4 группы крови – 4 образа жизни. СПб.: Издательство «А.В.К. – Тимошка», 2001). Группы крови системы MN определяются двумя генами – M и N. Они кодоминантны и, как и в случае с группой крови AB0, их одновременное присутствие будет приводить к появлению крови группы MN. Средняя частота встречаемости разных генотипов среди европейского населения, по данным авторов, описавших эту систему, следующая: MM – 30%, MN – 50%, NN – 20%. В системе Льюис на сегодня известно три группы крови: а–в–; а–в+; и а+в–. Антиген Leb является доминантным по отношению к рецессивному Leа. Геногеография групп крови При рассмотрении четырех основных рас (негроиды, монголоиды, европеоиды и американоиды – североамериканские индейцы) отмечается определенная закономерность в распределении групп крови. Около 45% европеоидов имеют группу крови 0; около 35% – группу А; группу крови В имеют около 15% европеоидов и только 5% европейского населения имеют группу крови АВ. Многие племена американских индейцев вообще не имеют гена В, а следовательно, и групп крови В и АВ. В некоторых племенах Южной Америки очень редко встречается и группа А. Таким образом, практически все представители этих племен имеют группу крови 0, а группу А имеют около 1,5% жителей. Группа крови В значительно чаще встречается у монголоидов Центральной и Юго-Восточной Азии: 20–25%, а иногда и более. Группа крови АВ достаточно редка во всех частях мира, независимо от национальной и расовой принадлежности населения. Это и понятно, ведь она не может передаваться по наследству, а формируется у плода под влиянием полученных от родителей генов А и В. Некоторые из факторов других систем крови широко распространены у представителей какой-то расы или национальности, но практически отсутствуют у других. Система MN закодирована в двух генах, что дает три возможных генотипа (MM, MN и NN), которые соответствуют группам крови М, MN и N. Этой системе близкородственна система Ss. Имеется также система Р. В редких случаях названные группы крови оказываются несовместимы, что осложняет подбор крови для переливания. Прочие антигены групп крови (Kell, Duffy, Kidd, Lewis и Lutheran) названы по именам тех людей, у которых они были впервые обнаружены и описаны. Первые три из них могут вызывать осложнения и гемолитическую болезнь при переливании крови; для двух последних таких осложнений не описано. Известны еще некоторые редкие системы групп крови, важные с генетической точки зрения. Среди них можно назвать Diego - систему, практически не встречающуюся у жителей Европы и Западной Африки, но изредка выявляемую у лиц монголоидной расы, за исключением эскимосов. Относительно недавно обнаружена система Xg, представляющая особый интерес, потому что кодирующий ее ген расположен в Х-хромосоме. Это первая из известных систем групп крови, сцепленная с полом. сердечный цикл Период, который включает одно сокращение и последующее расслабление, составляет сердечный цикл. Частота сокращений выше 90 ударов называется тахикардией, а ниже 60 — брадикардией. При частоте сокращения сердца 70 ударов в минуту полный цикл сердечной деятельности продолжается 0,8—0,86 с. Сокращение сердечной мышцы называется систолой, расслабление — диастолой. Сердечный цикл имеет три фазы: систолы предсердий, систолы желудочков и общую паузу Началом каждого цикла считается систола предсердий, продолжительность которой 0,1—0,16 с. Во время систолы в предсердиях повышается давление, что ведет к выбрасыванию крови в желудочки. Последние в этот момент расслаблены, створки атриовентрикулярных клапанов свисают и кровь свободно переходит из предсердий в желудочки. После окончания систолы предсердий начинается систола желудочков продолжительностью 0,3 с. Во время систолы желудочков предсердия уже расслаблены. Как и предсердия, оба желудочка — правый и левый — сокращаются одновременно. Диастола продолжается до очередной систолы предсердий. Эта фаза называется общей паузой (0,4 с). Затем цикл сердечной деятельности повторяется. Мегаспорогенез и образование зародышевого мешка. Микроспорогенез и образование пыльцы. Центральную часть гнезда пыльника занимают спорогенные клетки. Они делятся путем мейоза, и в результате из каждой клетки образуются четыре гаплоидные микроспоры. Микроспора имеет плотную цитоплазму и крупное ядро. Микроспоры обычно еще внутри пыльника прорастают и образуют пыльцу (пыльцевые зерна). При прорастании микроспора делится путем митоза. В результате образуются маленькая генеративная клетка и большая клеткатрубка. Снаружи пыльцевое зерно покрыто спородермой, состоящей из двух слоев: наружного экзины и внутреннего интины Подавляющее большинство растений имеет перекрестное опыление. По способу переноса пыльцы различают: анемофилию (ветром), гидрофилию (водой), энтомофилию (насекомыми), орнитофилию (птицами), мирмекофилию (муравьями) и др. Размножение голосеменных
