Отличия прокариот и эукариот Все живые организмы на Земле делятся на две группы: прокариот и эукариот. Эукариоты – это растения, животные и грибы. Прокариоты – это бактерии (в том числе цианобактерии, они же "сине-зеленые водоросли"). Главное отличие У прокариот нет ядра, кольцевая ДНК (кольцевая хромосома) расположена прямо в цитоплазме (этот участок цитоплазмы называется нуклеоид). У эукариот есть оформленное ядро (наследственная информация [ДНК] отделена от цитоплазмы ядерной оболочкой). Дополнительные отличия 1) Раз у прокариот нет ядра, то нет и митоза/мейоза. Бактерии размножаются простым делением надвое. 2) У прокариот рибосомы мелкие (70S), а у эукариот – крупные (80S). 3) У прокариот клеточная стенка состоит из муреина (пептидогликана). 4) У прокариот отсутствуют мембранные органоиды (такие как митохондрии, эндоплазматическая сеть, лизосомы и т.д.), вместо них у прокариот есть мезосомы – выросты плазматической мембраны, похожие на кристы митохондрий. 5) Клетка прокариот гораздо меньше клетки эукариот: по диаметру в 10 раз, по объему – в 1000 раз. Сходство Клетки всех живых организмов (всех царств живой природы) содержат плазматическую мембрану, цитоплазму и рибосомы. Отличия растений, животных и грибов К надцарству эукариот относятся 3 царства – растений, животных и грибов. 1. Отличия по питанию Растения – автотрофы, т.е. сами делают для себя органические вещества из неорганических (углекислого газа и воды) в процессе фотосинтеза. Животные и грибы – гетеротрофы, т.е. готовые органические вещества получают с пищей. 2. Рост или передвижение Животные способны передвигаться, растут только до начала размножения. Растения и грибы не передвигаются, зато неограниченно растут в течение всей жизни. 3. Отличия по строению и работе клетки 1) Пластиды (хлоропласты, лейкопласты, хромопласты) есть только у растений. 2) Клеточная стенка (плотная оболочка) у животных отсутствует, у растений она из целлюлозы (клетчатки), а у грибов – из хитина. 3) Запасной углевод у растений – крахмал, а у животных и грибов – гликоген. 4) Крупная вакуоль есть только у растений и грибов. У растений она занимает бо́льшую часть взрослой клетки. Оболочка этой вакуоли называется тонопласт, а содержимое – клеточный сок. 5) Центриоли (клеточный центр) отсутствуют у большинства представителей растений. Пластический и энергетический обмен Обмен веществ (метаболизм) – это совокупность всех химических реакций, которые происходят в организме. Все эти реакции делятся на 2 группы 1. Пластический обмен (ассимиляция, анаболизм, биосинтез) – это когда из простых веществ с затратой энергии образуются (синтезируются) более сложные. Пример: При фотосинтезе из углекислого газа и воды синтезируется глюкоза. 2. Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм, дыхание) – это когда сложные вещества распадаются (окисляются) до более простых, и при этом выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности. Пример: В митохондриях глюкоза, аминокислоты и жирные кислоты окисляются кислородом до углекислого газа и воды, при этом образуется энергия (клеточное дыхание) Взаимосвязь пластического и энергетического обмена Пластический обмен обеспечивает клетку сложными органическими веществами (белками, жирами, углеводами, нуклеиновыми кислотами), в том числе белкамиферментами для энергетического обмена. Энергетический обмен обеспечивает клетку энергией. При выполнении работы (умственной, мышечной и т.п.) энергетический обмен усиливается. АТФ – универсальное энергетическое вещество клетки (универсальный аккумулятор энергии). Образуется в процессе энергетического обмена (окисления органических веществ). При энергетическом обмене все вещества распадаются, а АТФ – синтезируется. При этом энергия химических связей распавшихся сложных веществ переходит в энергию АТФ, энергия запасается в АТФ. При пластическом обмене все вещества синтезируются, а АТФ – распадается. При этом расходуется энергия АТФ (энергия АТФ переходит в энергию химических связей сложных веществ, запасается в этих веществах). Автотрофы и гетеротрофы Автотрофы сами делают Гетеротрофы получают готовые органи-ческие вещества из неорганических. Это растения и часть бактерий. с пищей. Это животные, грибы и большинство бактерий. Автофототрофы – энергию для синтеза органических веществ получают из света (фотосинтез). К фототрофам относятся растения и фотосинтезирующие бактерии. Автохемотрофы – энергию для синтеза органических веществ получают при окислении неорганических веществ (хемосинтез). Например, o o o серобактерии окисляют сероводород до серы, железобактерии окисляют двухвалентное железо до трехвалентного, нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до азотной кислоты. Сходство и различие фотосинтеза и хемосинтеза Сходства: все это пластический обмен, из неорганических веществ делаются органические (из углекислого газа и воды – глюкоза). Различие: энергия для синтеза при фотосинтезе берется из света, а при хемосинтезе - из окислительно-восстановительных реакций. ВНИМАНИЕ! Разница между автои гетеротрофами состоит в способе получения органических веществ («получают готовые» или «делают сами»). Энергию для жизнедеятельности и авто-, и гетеротрофы получают путем дыхания. Сравнение дыхания и фотосинтеза Дыхание: 1) энергетический обмен, энергия выделяется 2) глюкоза окисляется в цитоплазме и митохондриях 3) кислород поглощается, углекислый газ выделяется Фотосинтез: 1) пластический обмен, энергия запасается 2) глюкоза синтезируется в хлоропластах 3) кислород выделяется, углекислый газ поглощается Дыхание у растений 1) Происходит во всех живых клетках круглосуточно (фотосинтез – только в зеленых клетках и только на свету). 2) При дыхании растения, как и мы, поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Кислород окисляет глюкозу, созданную при фотосинтезе, получается энергия АТФ. 3) После полива рекомендуется рыхлить почву, чтобы к корням лучше поступал кислород. Если в земле не будет воздуха, то корни задохнутся, и растение погибнет. Экологические факторы Экологические факторы – это все факторы окружающей среды, действующие на организм. Они делятся на 3 группы: 1. Абиотические – факторы неживой природы: температура, влажность, соленость воды. 2. Биотические – воздействия живых организмов: хищничество, паразитизм, симбиоз, конкуренция. 3. Антропогенные – воздействия человека: вырубка леса, загрязнение воздуха, осушение болота, рыхление почвы. Наилучшее значение фактора для организма называется оптимальным (точкой оптимума), например, оптимальная температура воздуха для человека – 22º. Фактор, который находится дальше всего от оптимума, называется лимитирующим (ограничивающим), например, для растений в степи и в пустыне это недостаток воды, а в еловом лесу и на дне моря – недостаток света. Биотические факторы, они же Примеры внутри- и межвидовой БЗС 1. Хищники – убивают жертву, а затем съедают (лев, щука, оса). 2. Паразиты – поедают живую жертву (вирус гриппа, туберкулёзная палочка, дизентерийная амеба, аскарида и т.п.) 3. Cимбионты – получают питание от другого организма на взаимовыгодной основе. Например: Микориза (грибокорень) – симбиоз гриба и растения. Растение дает грибу глюкозу (которую делает при фотосинтезе), а гриб дает растению воду и минеральные соли. Лишайник – симбиоз грибов и водорослей. Водоросли дают грибу глюкозу, а гриб водорослям – соли и воду. Клубеньковые бактерии живут в специальных утолщениях (клубеньках) на корнях растений семейства бобовых. Растения дают бактериям глюкозу, а бактерии дают растениям соли азота, которые они получают при фиксации азота воздуха. 4. Конкуренты – нуждаются в одинаковой пище и/или территории. Наиболее острая конкуренция возникает между особями одного вида. Клеточная теория, мужики, методы 1. Все живые организмы на Земле состоят из клеток, сходных по строению, химическому составу и функционированию. Это говорит о родстве (общем происхождении) всех живых организмов на Земле (о единстве органического мира). 2. Клетка является: структурной единицей (организмы состоят из клеток) функциональной единицей (функции организма выполняются за счет работы клеток) генетической единицей (клетка содержит наследственную информацию) единицей роста (организм растет за счет размножения его клеток) единицей размножения (размножение происходит за счет половых клеток) единицей жизнедеятельности (в клетке происходят процессы пластического и энергетического обмена) и т.п. 3. Все новые дочерние клетки образуются из уже существующих материнских клеток путем деления. 4. Рост и развитие многоклеточного организма происходит за счет роста и размножения (путем митоза) одной или нескольких исходных клеток. Мужики Гук открыл клетки. Левенгук открыл живые клетки (сперматозоиды, эритроциты, инфузории, бактерии). Броун открыл ядро. Шлейден и Шванн вывели первую клеточную теорию («Все живые организмы на Земле состоят из клеток, сходных по строению»). Вирхов добавил положение «Клетка происходит только от клетки». Методы 1. Световой микроскоп увеличивает до 2000 раз (обычный школьный – от 100 до 500 раз). Видно ядро, хлоропласты, вакуоль. Можно изучать процессы, происходящие в живой клетке (митоз, движение органоидов и т.п.). 2. Электронный микроскоп увеличивает до 107 раз, что позволяет микроструктуру органоидов. Метод не работает с живыми объектами. изучать 3. Ультрацентрифуга. Клетки разрушаются и помещаются в центрифугу. Компоненты клетки разделаются по плотности (самые тяжелые части собираются на дне пробирки, самые легкие – на поверхности). Метод позволяет избирательно выделять и изучать органоиды. Оболочка Оболочки клеток всех организмов содержат плазматическую мембрану. Мембрана клетки (а так же всех мембранных органоидов) состоит из белков и (фосфо)липидов. У животных клеток наружный слой мембраны, состоящий из углеводов, присоединенных к белкам и липидам мембраны, называется гликокаликс. У всех, кроме животных, снаружи от мембраны имеется твердая клеточная стенка. У растений она состоит из целлюлозы (клетчатки), у грибов из хитина, у бактерий из муреина. Клеточная стенка обеспечивает защиту клетки, опору и тургор (вода за счет осмоса надувает клетку изнутри, клеточная стенка напрягается, клетка становится упругой). Функции плазматической мембраны 1) Избирательная проницаемость: мембрана регулирует обмен веществ между клеткой и окружающей средой. Регуляцию осуществляют мембранные белки: каждый из них переносит только одно определенное вещество (специфичность), при изменении условий белок может изменить (прекратить) свою работу (денатурация). 2) Сигнальная функция: в мембрану встроены белки, которые при изменении условий снаружи клетки или при присоединении какого-либо сигнального вещества обратимо денатурируют и передают сигнал в клетку. 3) Фагоцитоз: захват и поглощение животной клеткой крупных частиц (открыл И.И.Мечников): в том месте, где поверхность клетки соприкасается с частицей, образуется углубление, мембрана окружает частицу со всех сторон. Затем часть мембраны отделяется и внутри цитоплазмы оказывается фагоцитозный пузырек с веществом внутри. Например: амеба поглощает пищу, фагоцит поглощает чужеродную частицу. (Пиноцитоз – захват и поглощение капель жидкости.) Транспорт веществ через мембрану 1) Активный транспорт (идёт с затратой энергии АТФ). Например, белок-канал натрий-калиевая АТФ-аза выкачивает из клетки ионы натрия и закачивает ионы калия. 2) Пассивный транспорт (диффузия, идет без затрат энергии). Например, газы воздуха и вода могут проходить непосредственно между фосфолипидами. К пассивному транспорту относится осмос, когда вода движется через мембрану в область большей концентрации веществ. Из-за осмоса эритроцит в пресной воде лопается (в него заходит слишком много воды), а в пересолёной воде – сморщивается (вода выходит). Одномембранные органоиды Эндоплазматическая сеть – совокупность мембранных каналов и полостей, пронизывающих всю клетку. Является непосредственным продолжением внешней ядерной мембраны. Бывает двух видов – гладкая и шероховатая (гранулярная, гранулы – это рибосомы). На гранулярной ЭПС идет синтез белка, на гладкой – синтез липидов и углеводов. Внутри каналов ЭПС синтезированные вещества накапливаются и транспортируются по клетке. Аппарат (комплекс) Гольджи – стопка плоских мембранных полостей, окруженных пузырьками. По каналам ЭПС вещества поступают в АГ, там накапливаются и химически модифицируются (например, от белков отрезаются лишние участки). Затем готовые вещества заключаются в пузырьки и отправляются по месту назначения (например, выносятся из клетки). Лизосомы – пузырьки, заполненные пищеварительными ферментами. Образуются в аппарате Гольджи. Пищеварительная вакуоль, в которой происходит переваривание пищи, получается после слияния фагоцитозного пузырька с лизосомой. Кроме того, лизосомы могут переваривать ненужные части клетки или целые клетки, например, у головастика постепенно исчезает хвост. Вакуоли – пузырьки, заполненные каким-либо содержимым. У животных вакуоли временные, занимают около 5% клетки. У растений и грибов имеется крупная центральная вакуоль. Её содержимое называется клеточный сок, мембрана – тонопласт. У растений она занимает до 90% объема зрелой клетки. Пластиды, фотосинтез Пластиды бывают трех видов: хлоропласты – зеленые, функция – фотосинтез хромопласты – красные и желтые, являются полуразрушенными хлоропластами, могут придавать яркую окраску лепесткам и плодам. лейкопласты – бесцветные, функция – запас веществ. Строение хлоропластов Покрыты двумя мембранами. Наружная мембрана гладкая, внутренняя имеет выросты внутрь – тилакоиды. Стопки коротких тилакоидов называются граны, они увеличивают площадь внутренней мембраны, чтобы расположить на ней как можно больше ферментов фотосинтеза. Внутренняя среда хлоропласта называется строма. В ней находятся кольцевая ДНК и рибосомы, за счет них хлоропласты самостоятельно делают для себя часть белков, поэтому их называют полуавтономными органоидами. (Считается, что раньше митохондрии и пластиды были свободными бактериями, которые были поглощены крупной клеткой, но не переварены.) Фотосинтез (простой) В зеленых листьях на свету В хлоропластах с помощью хлорофилла Из углекислого газа и воды Синтезируется глюкоза и кислород. Фотосинтез (средняя сложность) 1. Световая фаза. Происходит на свету в гранах хлоропластов. Под действием света происходит разложение (фотолиз) воды, получается кислород, который выбрасывается, а так же атомы водорода (НАДФ-Н) и энергия АТФ, которые используются в следующей стадии. 2. Темновая фаза. Происходит как на свету, так и в темноте (свет не нужен), в строме хлоропластов. Из углекислого газа, полученного из окружающей среды и атомов водорода, полученных в предыдущей стадии, за счет энергии АТФ, полученной в предыдущей стадии, синтезируется глюкоза. Клеточное дыхание, митохондрии Дыхание (простое) Во всех живых клетках Глюкоза окисляется кислородом До углекислого газа и воды, При этом выделяется энергия. Клеточное дыхание (средняя сложность) 0. Подготовительная стадия В пищеварительной системе сложные органические вещества распадаются до более простых (белки до аминокислот, крахмал до глюкозы, жиры до глицерина и жирных кислот и т.п.). При этом выделяется энергия, которая рассеивается в форме тепла. 1. Гликолиз Происходит в цитоплазме, без участия кислорода (анаэробно). Глюкоза окисляется до двух молекул пировиноградной кислоты, при этом образуется энергия в виде 2 АТФ и богатых энергией электронов на переносчиках. 2. Окисление ПВК в митохондриях Происходит в митохондриях. ПВК окисляется кислородом до углекислого газа, при этом образуются богатые энергией электроны. Они восстанавливают кислород, при этом образуется вода и энергия на 36 АТФ. Брожение и кислородное дыхание Брожение состоит из гликолиза (2 АТФ) и превращения ПВК в молочную кислоту или спирт + углекислый газ (0 АТФ). Итого 2 АТФ. Кислородное дыхание состоит из гликолиза (2 АТФ) и окисления ПВК в митохондриях (36 АТФ). Итого 38 АТФ. Митохондрии Покрыты двумя мембранами. Наружная мембрана гладкая, внутренняя имеет выросты внутрь – кристы, они увеличивают площадь внутренней мембраны, чтобы расположить на ней как можно больше ферментов клеточного дыхания. Внутренняя среда митохондрии называется матрикс. В нем находятся кольцевая ДНК и мелкие (70S) рибосомы, за счет них митохондрии самостоятельно делают для себя часть белков, поэтому их называют полуавтономными органоидами. Строение эукариотической клетки Эукариотическая клетка состоит из оболочки, цитоплазмы и ядра. Цитоплазма – внутренняя полужидкая среда клетки. Цитоплазма связывает между собой все компоненты клетки За счет микротрубочек («белковых нитей») выполняет функцию скелета клетки, обеспечивает передвижение её частей В цитоплазме происходят основные процессы обмена веществ, например, гликолиз Ядро покрыто двойной ядерной оболочкой с порами, внутри находится ядерный сок (кариоплазма), ядрышки и хроматин (это расплетенные [деконденсированные] хромосомы). В ядре происходит репликация и транскрипция, в ядрышке – образование субъединиц рибосом. Одномембранные органоиды Эндоплазматическая сеть, аппарат (комплекс) Гольджи, лизосомы, вакуоли. Двухмембранные органоиды Митохондрии и пластиды имеют собственную кольцевую ДНК и мелкие рибосомы, за счет них делают сами часть своих белков (полуавтономные органоиды). Митохондрии принимают участие в клеточном дыхании (окислении органических веществ) – поставляют АТФ (энергию) для жизнедеятельности клетки, являются «энергетическими станциями клетки». Пластиды осуществляют фотосинтез Немембранные органоиды Рибосомы – это органоиды, которые занимаются синтезом белка. Состоят из двух субъединиц, по химическому составу – из рибосомной РНК и белков. Субъединицы синтезируются в ядрышке. Часть рибосом присоединены к ЭПС, эта ЭПС называется шероховатая (гранулярная). Клеточный центр состоит из двух центриолей, которые образуют веретено деления во время деления клетки – митоза и мейоза. Реснички, жгутики служат для движения. Нуклеиновые кислоты Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) – полимер, состоит из нуклеотидов. Нуклеотид ДНК состоит из азотистого основания (в ДНК 4 типа: аденин, тимин, цитозин, гуанин) моносахара дезоксирибозы фосфорной кислоты Нуклеотиды соединяются между собой прочной ковалентной связью через сахар одного нуклеотида и фосфорную кислоту другого. Получается полинуклеотидная цепь. Две полинуклеотидные цепи соединяются друг с другом слабыми водородными связями между азотистыми основаниями по правилу комплементарности: напротив аденина всегда стоит тимин, напротив цитозина – гуанин (они подходят друг другу по форме и числу водородных связей – между А и Т две связи, между Ц и Г – 3). Получается двойная цепь ДНК, она скручивается в двойную спираль. Функция ДНК ДНК входит в состав хромосом, хранит наследственную информацию (о признаках организма, о первичной структуре белков). ДНК способна к самоудвоению (репликации, редупликации). Самоудвоени е происходит в интерфазе перед делением. После удвоения каждая хромосома состоит из двух хроматид, которые во время будущего деления превратятся в дочерние хромосомы. Благодаря самоудвоению каждая из будущих дочерних клеток получит одинаковую наследственную информацию. Отличия РНК от ДНК по строению рибоза вместо дезоксирибозы нет тимина, вместо него урацил одноцепочечная Виды РНК информационная (матричная) РНК o переносит информацию о строении белка из ядра (от ДНК) в цитоплазму (к рибосоме); o меньше всего в клетке; транспортная РНК o переносит аминокислоты к рибосоме; o самая маленькая, имеет форму клеверного листа; рибосомная РНК o входит в состав рибосом; o самая большая по размерам и количеству Задачи на правило комплементарности Тимина в ДНК столько же, сколько аденина, остальное (до 100%) приходится на цитозин и гуанин, их тоже поровну. Например: если гуанина 15%, значит цитозина тоже 15%, итого 30%, значит, на аденин и тимин приходится 100-30=70%, следовательно аденина 70/2=35% и тимина тоже 35% Строение и функции белков Белки (протеины) составляют 50% от сухой массы живых организмов. Белки состоят из аминокислот. У каждой аминокислоты есть аминогруппа и кислотная (карбоксильная) группа, при взаимодействии которых получается пептидная связь, поэтому белки еще называют полипептидами. Структуры белка Первичная – цепочка из аминокислот, связанных пептидной связью (сильной, ковалентной). Чередуя 20 аминокислот в разном порядке, можно получать миллионы разных белков. Если поменять в цепочке хотя бы одну аминокислоту, строение и функции белка изменятся, поэтому первичная структура считается самой главной в белке. Вторичная – спираль. Удерживается водородными связями (слабыми). Третичная – глобула (шарик). Четыре типа связей: дисульфидная (серный мостик) сильная, остальные три (ионные, гидрофобные, водородные) – слабые. Форма глобулы у каждого белка своя, от нее зависят функции. При денатурации форма глобулы меняется, и это сказывается на работе белка. Четвертичная – имеется не у всех белков. Состоит из нескольких глобул, соединенных между собой теми же связями, что и в третичной структуре. (Например, гемоглобин.) Денатурация Это изменение формы глобулы белка, вызванное внешними воздействиями (температура, кислотность, соленость, присоединение других веществ и т.п.) Если воздействия на белок слабые (изменение температуры на 1°), то происходит обратимая денатурация. Если воздействие сильное (100°), то денатурация необратимая. При этом разрушаются все структуры белка. Функции белков Их очень много, например: Ферментативная (каталитическая) – белки-ферменты ускоряют химические реакции за счет того, что активный центр фермента подходит к веществу по форме, как ключ к замку (комплементарность, специфичность). Строительная (структурная) – клетка, если не считать воду, состоит в основном из белков. Защитная – антитела борются с возбудителями болезней (иммунитет). Биосинтез белка. Генетический код Наследственная информация – это информация о строении белка (информация о том, какие аминокислоты в каком порядке соединять при синтезе первичной структуры белка). Информация о строении белков закодирована в ДНК, которая у эукариот входит в состав хромосом и находится в ядре. Участок ДНК (хромосомы), в котором закодирована информация об одном белке, называется ген. Транскрипция – это переписывание информации с ДНК на иРНК (информационную РНК). иРНК переносит информацию из ядра в цитоплазму, к месту синтеза белка (к рибосоме). Трансляция – это процесс биосинтеза белка. Внутри рибосомы к кодонам иРНК по принципу комплементарности присоединяются антикодоны тРНК. Рибосома пептидной связью соединяет между собой аминокислоты, принесенные тРНК, получается белок. Реакции транскрипции, трансляции, а так же репликации (удвоения ДНК) являются реакциями матричного синтеза. ДНК служит матрицей для синтеза иРНК, иРНК служит матрицей для синтеза белка. Генетический код – это способ, с помощью которого информация о строении белка записана в ДНК. Свойства генкода 1) Триплетность: одна аминокислота кодируется тремя нуклеотидами. Эти 3 нуклеотида в ДНК называются триплет, в иРНК – кодон, в тРНК – антикодон (но в ЕГЭ может быть и «кодовый триплет» и т.п.) 2) Избыточность (вырожденность): аминокислот всего 20, а триплетов, кодирующих аминокислоты – 61, поэтому каждая аминокислота кодируется несколькими триплетами. 3) Однозначность: каждый триплет (кодон) кодирует только одну аминокислоту. 4) Универсальность: генетический код одинаков для всех живых организмов на Земле. Задачи на количество нуклеотидов/аминокислот 3 нуклеотида = 1 триплет = 1 аминокислота = 1 тРНК Задачи на АТГЦ ДНК иРНК тРНК А У А Т А У Г Ц Г Ц Г Ц Вирусы Вирусы открыты Д.И.Ивановским (1892 г., вирус табачной мозаики). Вирусы – это внутриклеточные паразиты, они могут жить и размножаться только в живых клетках. Вирусы паразитируют на клетках организмов всех царств живой природы. Вирусы бактерий называются бактериофаги. Если вирусы выделить в чистом виде, то они существуют в форме кристаллов (у них нет собственного обмена веществ, размножения и других свойств живого). Из-за этого многие ученые считают вирусы промежуточной стадией между живыми и неживыми объектами. Вирусы – это неклеточная форма жизни. Вирусные частицы (вирионы) – это не клетки: вирусы гораздо меньше клеток; вирусы гораздо проще клеток по строению – состоят только из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки, состоящей из множества одинаковых молекул белка. вирусы содержат либо ДНК, либо РНК. Синтез компонентов вируса: В нуклеиновой кислоте вируса содержится информация о вирусных белках. Клетка делает эти белки сама, на своих рибосомах. Нуклеиновую кислоту вируса клетка размножает сама, с помощью своих ферментов. Затем происходит самосборка вирусных частиц. Значение вирусов: вызывают инфекционные заболевания (грипп, герпес, СПИД и т.д.) некоторые вирусы могут встраивать свою ДНК в хромосомы клетки-хозяина, вызывая мутации. СПИД Синдром приобретенного иммунного дефицита вызывается вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ). ВИЧ паразитирует на белых клетках крови (лейкоцитах лимфоцитах), это приводит к разрушению иммунной системы. Вирус СПИДа очень нестоек, на воздухе легко разрушается. Заразиться им можно только при половых контактах без презерватива и при переливании зараженной крови. Задачи на генетический код ПРАВИЛА 1) комплементарности: А-Т(У), Г-Ц 2) антипараллельности: рядом с 5'-концом одной цепи всегда лежит 3'-конец другой (комплементарной) цепи 3) для работы с таблицей генетического кода нужна иРНК, повёрнутая 5'-концом влево 4) рибосома движется по иРНК в направлении от 5' к 3' концу (иРНК транслируется с 5'конца) 5) смысловая (кодирующая) ДНК и информационная РНК одинаковы, только надо Т мысленно заменять на У 1. ДАНА СМЫСЛОВАЯ (КОДИРУЮЩАЯ) ДНК 5'-ТГЦ-3' смысловая (кодирующая) ДНК 3'-АЦГ-5' матричная (транскрибируемая) ДНК 5'-УГЦ-3' иРНК 2. ДАНА МАТРИЧНАЯ (ТРАНСКРИБИРУЕМАЯ) ДНК 5'-АЦГ-3' матричная (транскрибируемая) ДНК 3'-УГЦ-5' иРНК, её надо перевернуть 5'-концом влево: 5'-ЦГУ-3' иРНК 3. ДАНЫ АНТИКОДОНЫ тРНК 5'-АЦГ-3' тРНК 3'-УГЦ-5' иРНК, её надо перевернуть 5'-концом влево: 5'-ЦГУ-3' иРНК 4. ДАНА МАТРИЦА ДЛЯ тРНК КОДИРУЮЩАЯ 5'-ТГЦ-3' смысловая (кодирующая) ДНК 3'-АЦГ-5' матричная (транскрибируемая) ДНК 5'-УГЦ-3' тРНК 3'-АЦГ-5' иРНК, её надо перевернуть 5'-концом влево: 5'-ГЦА-3' иРНК 5. ДАНА МАТРИЦА ДЛЯ тРНК ТРАНСКРИБИРУЕМАЯ 5'-АЦГ-3' матричная (транскрибируемая) ДНК 3'-УГЦ-5' тРНК 5'-АЦГ-3' иРНК 6. ДАНЫ НЕСКОЛЬКО АНТИКОДОНОВ тРНК (задание на правило 4) 5'-АЦГ-3', 5'-УГА-3', 5'-ААУ-3' тРНК каждую надо перевернуть 3'-ГЦА-5', 3'-АГУ-5', 3'-УАА-5' тРНК 5'-ЦГУУЦААУУ-3' иРНК 7. ДАНА ДВОЙНАЯ ЦЕПЬ ДНК (задание на правила 4 и 5) 1) берём левый 5'-конец ДНК, мысленно заменяем в нём Т на У и находим аминокислоту по таблице генетического кода 2) берем правый 5'-конец ДНК, мысленно читаем его задом наперед, заменяя Т на У, и находим аминокислоту по таблице генетического кода 3) одна из аминокислот должна совпасть с данной в задании, так находим матричную цепь Хромосомы Хромосомы находятся в ядре клетки, являются главными компонентами ядра. Химический состав хромосом – 50% ДНК и 50% белка. Функция хромосом – хранение наследственной информации. Хромосома может быть одинарной (из одной хроматиды) и двойной (из двух хроматид). Центромера (первичная перетяжка) – это место соединения двух хроматид. Одинарная хромосома превращается в двойную в процессе удвоения ДНК (репликации, редупликации) в интерфазе. Двойная хромосома превращается в две одинарные (хроматиды становятся дочерними хромосомами) после разделения соединяющей их центромеры (в анафазе митоза и анафазе II мейоза). Наборы хромосом Набор хромосом может быть: одинарный (гаплоидный, n), у человека 23 двойной (диплоидный, 2n), у человека 46 тройной (триплоидный, 3n) четверной (тетраплоидный, 4n) и т.п. Гаплоидный набор характерен для гамет (половых клеток, сперматозоидов и яйцеклеток), а также для спор. Диплоидный набор характерен для соматических клеток (клеток тела). Гаплоидный набор превращается в диплоидный при оплодотворении (происходит слияние двух гаплоидных гамет, получается диплоидная зигота). Диплоидный набор превращается в гаплоидный в первом делении мейоза (происходит независимое расхождение гомологичных хромосом, количество хромосом уменьшается в два раза) Триплоидный набор хромосом характерен для эндосперма семян цветковых растений. При двойном оплодотворении сливаются: гаплоидные спермий и яйцеклетка; получается диплоидная зигота, из которой образуется зародыш; гаплоидный спермий и диплоидная центральная клетка зародышевого мешка; получается триплоидный эндосперм. Решение задач на количество хромосом: 1) Надо понять, где дано количество хромосом: если в гамете, то данное в задаче число – n если в соматической клетке, то 2n если в эндосперме, то 3n 2) Математика-раз, вычисляем n если 2n=24, то n=24/2=12 если 3n=24, то n=24/3=8 3) Математика-два: если n=24, то в гамете будет n=24 в соматической клетке будет 2n=2x24=48 в эндосперме будет 3n=3x24=72 Митоз, клеточный цикл Митоз (непрямое деление) – это деление соматических клеток (клеток тела). Биологическое значение митоза – размножение соматических клеток, получение клеток-копий (с тем же самым набором хромосом, с точно такой же наследственной информацией). Все соматические клетки организма получаются из одной исходной клетки (зиготы) путем митоза. 1) Профаза хроматин спирализуется (скручивается, конденсируется) до состояния хромосом ядрышки исчезают ядерная оболочка распадается центриоли расходятся к полюсам клетки, происходит формирование веретена деления 2) Метафаза – хромосомы выстраиваются по экватору клетки, образуется метафазная пластинка 3) Анафаза – дочерние хромосомы отделяются друг от друга (хроматиды становятся хромосомами) и расходятся к полюсам 4) Телофаза хромосомы деспирализуются (раскручиваются, деконденсируются) до состояния хроматина появляются ядро и ядрышки нити веретена деления разрушаются происходит цитокинез – разделение цитоплазмы материнской клетки на две дочерних Продолжительность митоза – 1-2 часа. Клеточный цикл Это период жизни клетки от момента её образования материнской клетки до собственного деления или смерти. путем деления Клеточный цикл состоит из двух периодов: интерфаза (состояние, когда клетка НЕ делится); деление (митоз или мейоз). Интерфаза состоит из нескольких фаз: пресинтетическая: клетка растет, в ней происходит активный синтез РНК и белков, увеличивается количество органоидов; кроме этого, происходит подготовка к удвоению ДНК (накопление нуклеотидов) синтетическая: происходит удвоение (репликация, редупликация) ДНК постсинтетическая: клетка готовится к делению, синтезирует необходимые для деления вещества, например белки веретена деления. Мейоз, отличия от митоза Мейоз – это деление, при котором получаются половые клетки (у растений – споры). Биологическое значение мейоза: рекомбинация (перемешивание наследственной информации) редукция (уменьшение количества хромосом в 2 раза). Отличия мейоза от митоза по итогам 1. После митоза получается две клетки, а после мейоза – четыре. 2. После митоза получаются соматические клетки (клетки тела), а после мейоза – половые клетки (гаметы – сперматозоиды и яйцеклетки; у растений после мейоза получаются споры). 3. После митоза получаются одинаковые клетки (копии), а после мейоза – разные (происходит рекомбинация наследственной информации). 4. После митоза количество хромосом в дочерних клетках остается таким же, как было в материнской, а после мейоза уменьшается в 2 раза (происходит редукция числа хромосом; если бы её не было, то после каждого оплодотворения число хромосом возрастало бы в два раза; чередование оплодотворения обеспечивает постоянство числа хромосом). редукции и Отличия мейоза от митоза по ходу 1. В митозе одно деление, а в мейозе – два (из-за этого получается 4 клетки). 2. В профазе первого деления мейоза происходит конъюгация (тесное сближение гомологичных хромосом) и кроссинговер (обмен участками гомологичных хромосом), это приводит к перекомбинации (рекомбинации) наследственной информации. 3. В анафазе первого деления мейоза происходит независимое расхождение гомологичных хромосом (к полюсам клетки расходятся двухроматидные хромосомы). Это приводит к рекомбинации и редукции. 4. В интерфазе между двумя делениями мейоза удвоения хромосом не происходит, поскольку они и так двойные. ... Второе деление мейоза ничем не отличается от митоза. Как и в митозе, в анафазе II мейоза к полюсам клетки расходятся одинарные сестринские хромосомы (бывшие хроматиды). Количество хромосом и ДНК В соматической клетке – 2n (двойной набор), в половой клетке – n (одинарный). Если хромосомы одинарные, то перед «c» ставим такую же цифру, как перед «n», а если двойные – то в два раза большую. Например, в соматической клетке перед репликацией набор двойной, хромосомы одинарные – 2n2c, а после репликации (набор двойной, хромосомы двойные) – 2n4c. Масса ДНК, масса хромосом (например, 6х10-9) – это «с». КЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ После митоза, пресинтетическая фаза – 2n2c Синтетическая фаза – происходит удвоение ДНК (репликация) Постсинтетическая фаза, перед любым делением – 2n4c МИТОЗ Профаза, метафаза – 2n4c Анафаза, начало телофазы – 4n4c Конец телофазы, после митоза – 2n2c МЕЙОЗ Профаза I, метафаза I, анафаза I, начало телофазы I – 2n4c Конец телофазы I, после первого деления, профаза II, метафаза II – n2c Анафаза II, начало телофазы II – 2n2c Конец телофазы II, после мейоза – nc ЗИГОТА (сразу после оплодотворения) – 2n2c ГАМЕТОГЕНЕЗ В зоне размножения идет митоз В зоне роста клетка растет и готовится к мейозу В зоне созревания происходит мейоз Что писать про МИТОЗ в заданиях части 2 ПЕРЕД ДЕЛЕНИЕМ, ПРОФАЗА, МЕТАФАЗА Перед началом деления происходит репликация ДНК, после которой число хромосом не изменяется (соответствует диплоидному набору), но каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид. АНАФАЗА Каждая хромосома разрывается на две дочерних одинарных хромосомы, поэтому количество хромосом увеличивается в два раза. КОНЕЦ ТЕЛОФАЗЫ МИТОЗА В процессе деления разошлись сестринские хромосомы, поэтому в ядрах клеток находятся однохроматидные хромосомы. Что писать про МЕЙОЗ в заданиях части 2 ПЕРЕД ДЕЛЕНИЕМ, ПРОФАЗА I, МЕТАФАЗА I Перед началом деления происходит репликация ДНК, после которой число хромосом не изменяется (соответствует диплоидному набору), но каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид АНАФАЗА I Количество ДНК удвоено за счет репликации перед мейозом, к полюсам расходятся двойные гомологичные хромосомы. КОНЕЦ ТЕЛОФАЗЫ I (ПОСЛЕ МЕЙОЗА I) Мейоз I – это редукционное деление, поэтому число хромосом уменьшается в 2 раза, при этом каждая хромосома состоит из двух хроматид. ПРОФАЗА II, МЕТАФАЗА II После первого (редукционного) деления мейоза число хромосом уменьшилось в 2 раза (клетки гаплоидные), каждая хромосома состоит из двух хроматид. АНАФАЗА II К полюсам клетки расходятся сестринские хроматиды (однохроматидные хромосомы), поэтому число хромосом и число молекул ДНК уравнивается. КОНЕЦ ТЕЛОФАЗЫ II (ПОСЛЕ МЕЙОЗА II) К концу мейоза II набор хромосом гаплоидный, хромосомы однохроматидные, поэтому число ДНК равно количеству хромосом. Введение в генетику Ген – это участок ДНК, отвечающий за определенный признак. Например, ген цвета волос. Каждый ген представлен несколькими вариантами – аллелями. Например, ген цвета волос имеет два аллеля – темный и светлый. У организмов с двойным (диплоидным) набором хромосом каждый ген имеется в двух экземплярах – один от отца, другой от матери. Такие пары генов называются аллельными генами, они находятся в одинаковых участках (локусах) гомологичных хромосом. Гомозигота – это состояние, когда аллельные гены одинаковы (например, и от матери, и от отца получен ген светлых волос). Гетерозигота – состояние, когда аллельные гены разные. В гетерозиготе аллельные гены взаимодействуют между собой одним из трёх способов: полное, неполное либо кодоминирование. При полном доминировании (способ по умолчанию) проявляется только один ген из аллельной пары (доминантный ген, А), а другой ген скрывается (рецессивный ген, а). Пример: А - темные волосы, а - светлые: АА – темные, Аа – темные (а скрылся), аа – светлые. При неполном доминировании (промежуточном характере наследования) гетерозигота имеет признак, промежуточный между доминантным и рецессивным. Например, у ночной красавицы: АА – красные лепестки, Аа – розовые, аа – белые. При кодоминировании проявляются оба гена: I0I0 – на эритроцитах ничего нет I0IA, I AI A – на эритроцитах антиген А I0IB, IBIB – на эритроцитах антиген В IAIB – на эритроцитах оба антигена Гаметы (половые клетки – яйцеклетки и сперматозоиды) имеют одинарный (гаплоидный) набор хромосом, поэтому в них за каждый признак отвечает только один ген. На этом основано «правило чистоты гамет». Примеры гамет АА - А аа - а Аа - А, а Примеры родителей (двойной набор хромосом): АА - доминантная гомозигота аа - рецессивная гомозигота Аа - гетерозигота АаBb – дигетерозигота, АаBbСс – тригетерозигота, и т.п. Задачи по генетике При моногибридном скрещивании изучается - один признак; - один ген; - одна пара альтернативных генов; - одна пара альтернативных признаков (все это одно и то же). Моногибридные расщепления 1) Расщепления нет (все дети одинаковые) – скрещивали двух гомозигот АА х аа (первый закон Менделя). 2) Расщепление 3:1 (75% / 25%) – скрещивали двух гетерозигот Аа х Аа (второй закон Менделя). 3) Расщепление 1:2:1 (25% / 50% / 25%) – скрещивали двух гетерозигот Аа х Аа при неполном доминировании. 4) Расщепление 1:1 (50% / 50%) – скрещивали гетерозиготу и рецессивную гомозиготу Аа х аа (анализирующее скрещивание). Первый закон Менделя (закон единообразия, закон доминирования) При скрещивании чистых линий (гомозигот) все потомство получается одинаковое (единообразие первого поколения, расщепления нет). P AA x aa G (A) (a) F1 Aa У всех потомков первого поколения (F1) проявляется доминантный признак (желтый горох), а рецессивный признак (зеленый горох) находится в скрытом состоянии. Второй закон Менделя (закон расщепления) При самоопылении гибридов первого поколения (при скрещивании двух гетерозигот) в потомстве получается расщепление 3:1 (75% доминантного признака, 25% рецессивного признака). F1 Aa x Aa G (A) (A) (a) (a) F2 AA; 2Aa; aa Анализирующее скрещивание При скрещивании гетерозиготы Aa с рецессивной гомозиготой aa получается расщепление 1:1 (50% / 50%). P Aa x aa G (A) (a) (a) F1 Aa; aa Неполное доминирование При полном доминировании гетерозигота имеет доминантный фенотип (Аа имеет такой же фенотип, как АА). Например, желтый праворукий АА горох человек желтый праворукий Аа горох человек зеленый леворукий аа горох человек При неполном доминировании (промежуточном характере наследования) гетерозигота имеет промежуточный фенотип (Аа имеет фенотип, промежуточный между АА и аа). Например, красные прямые белые ягоды АА цветы ночной волосы у земляники красавицы человека розовые розовые волнистые Аа цветы ночной ягоды волосы у красавицы земляники человека белые цветы красные кудрявые аа ночной ягоды волосы у красавицы земляники человека Как понять, что признак наследуется по способу неполного доминирования? 1) для одного гена указано не два варианта признака (праворукий и леворукий), а три (прямые волосы, волнистые волосы, кудрявые волосы). 2) при скрещивании гетерозигот получается расщепление 1:2:1. Какой признак писать доминантным – красный или белый? Без разницы. При скрещивании результат получится одинаковый. Если носители доминантной гомозиготы не выживают (летальный ген), то мертвецов при ответах на задачи считать не надо. Соотношение 1:2:1 превращается просто в 2:1, где 2/3 гетерозигот и 1/3 рецессивных гомозигот. Дигибридное скрещивание При дигибридном скрещивании изучается два признака, например, "белая короткая шерсть"; две пары (альтернативных) генов, например, AaBb x AAbb. При дигибридном скрещивании гены А и В могут наследоваться независимо либо сцепленно. Независимое наследование Если гены А и В находятся в разных хромосомах; разных парах хромосом; негомологичных хромосомах; разных парах негомологичных хромосом (все это одно и то же); то они наследуются независимо, согласно III закону независимого наследования): "Расщепление по каждой происходит независимо от других пар признаков". Менделя (закону паре признаков Цитологической основой независимого наследования является независимое расхождение хромосом в анафазе I мейоза. Расщепления, характерные для независимого наследования при дигибридном скрещивании 1) Расщепления нет (все дети одинаковые) – скрещивали двух гомозигот ААBB х ааbb (или AAbb x aaBB). 2) Расщепление 9:3:3:1 – скрещивали двух дигетерозигот АаBb х АаBb (третий закон Менделя). 3) Расщепление 1:1:1:1 – скрещивали дигетерозиготу и рецессивную гомозиготу АаBb х ааbb (анализирующее скрещивание). Сцепленное наследование Если гены А и В расположены в одной хромосоме; одной паре хромосом; одной паре гомологичных хромосом; то они не смогут разойтись независимо, происходит сцепленное наследование. Хромосомная теория наследственности (Т. Морган): 1) Гены расположены в хромосоме линейно. 2) Гены, расположенные в одной хромосоме, наследуются вместе (сцепленно). 3) Сцепление нарушается при кроссинговере. Вероятность кроссинговера зависит от расстояния между генами. 4) Все гены, находящиеся в одной хромосоме, образуют группу сцепления. Количество групп сцепления равняется количеству хромосом в гаплоидном наборе. Сколько видов гамет получится у AaBb: при независимом наследовании – 4 вида гамет (AB, Ab, aB, ab) по 25% каждой при полном сцеплении – только 2 вида гамет (например, AB и ab) при неполном сцеплении (происходит из-за кроссинговера) – 4 вида гамет, но не по 25% (не поровну). Методы генетики Основной метод генетики – гибридологический (скрещивание определенных организмов и анализ их потомства, этот метод использовал Г.Мендель). Гибридологический метод не подходит для человека по морально-этическим соображениям, а так же из-за малого количества детей и позднего полового созревания. Поэтому для изучения генетики человека применяют косвенные методы. 1) Генеалогический – изучение родословных. Позволяет определить закономерности наследования признаков, например: если признак проявляется в каждом поколении, то он доминантный (праворукость) если через поколение – рецессивный (голубой цвет глаз) если чаще проявляется у одного пола – это признак, сцепленный с полом (гемофилия, дальтонизм) 2) Близнецовый – сравнение однояйцевых близнецов, позволяет изучать модификационную изменчивость (определять наследственный характер признака, т.е. то, насколько признак зависит от генов и от воздействия среды). Однояйцевые близнецы получаются, когда один зародыш на стадии 30-60 клеток делится на 2 части, и каждая часть вырастает в ребенка. Такие близнецы всегда одного пола, похожи друг на друга очень сильно (потому что у них совершенно одинаковый генотип). Отличия, которые возникают у таких близнецов в течение жизни, связаны с воздействием условий окружающей среды. Разнояйцевые близнецы (не изучаются в близнецовом методе) получаются, когда в половых путях матери одновременно оплодотворяются две яйцеклетки. Такие близнецы могут быть одного или разного пола, похожи друг на друга как обычные братья и сестры. 3) Цитогенетический – изучение под микроскопом хромосомного набора – числа хромосом, особенностей их строения. Позволяет выявлять хромосомные болезни. Например, при синдроме Дауна имеется одна лишняя 21-ая хромосома. 4) Биохимический – изучение химического состава организма. Позволяет узнать, являются ли пациенты гетерозиготами по патологическому гену. Например, гетерозиготы по гену фенилкетонурии не болеют, но в их крови можно обнаружить повышенное содержание фенилаланина. 5) Популяционно-генетический – изучение доли различных генов в популяции. Основан на законе Харди-Вайнберга. Позволяет рассчитать частоту нормальных и патологических фенотипов. Половые клетки, определение пола, сцепление с полом Гаметы (сперматозоиды и яйцеклетки), в отличие от соматических клеток, имеют одинарный (гаплоидный) набор хромосом. Особенности яйцеклеток: запас питательных веществ для развития зародыша; очень большой размер. Человеческий сперматозоид состоит из головки, шейки и хвостика. в головке находится ядро и акросома (аналог лизосомы, нужна для разрушения оболочки яйцеклетки); в шейке находится крупная спиральная митохондрия, которая обеспечивает сперматозоид энергией; хвостик – это жгутик, для плавания. Стадии гаметогенеза (образования половых клеток; вместо --- подставляем овоили спермато-): размножение: ---гонии (диплоидные предшественники половых клеток) делятся митозом рост, получаются ---циты 1 порядка созревание (происходит мейоз) o после первого деления получаются ---циты 2 порядка o после второго деления получаются ---тиды При овогенезе из четырех клеток, образующихся после мейоза, только одна становится яйцеклеткой, а остальные три (редукционные, полярные, направительные тельца) получаются очень маленькие и быстро погибают. Это нужно для того, чтобы собрать всю цитоплазму и все запасные вещества в одной клетке. При сперматогенезе имеется четвертая стадия – формирования, происходит превращение обычных клеток в сперматозоиды. в ней Определение пола Всего у человека 46 хромосом. Из них 44 аутосомы (одинаковы у мужчин и женщин) и 2 – половые хромосомы (отличаются у мужчин и женщин, у женщин ХХ, у мужчин ХY). Все яйцеклетки содержат хромосому Х и 22 аутосомы. Половина сперматозоидов содержит 22 аутосомы и хромосому Х, половина 22 аутосомы и хромосому Y. Пол человека определяется в момент оплодотворения (зависит от того, какой сперматозоид оплодотворит яйцеклетку – Х-содержащий или Y-содержащий). Сцепление с полом У человека Y-хромосома гораздо меньше, чем Х-хромосома, поэтому она не содержит некоторые гены. Эти гены у мужчин имеются только в одном экземпляре (в Х-хромосоме), поэтому они всегда проявляются, даже если они рецессивные. Например, по гемофилии женщина может быть нормальной Х НХН, носительницей ХНХh и больной XhXh, а мужчина – только здоровый XHY или больной XhY. (Дальтонизм наследуется аналогично.) Пример наследования гемофилии: мать носитель, отец здоров ХН Хh х Х Н Y ХН Х H ХН Хh ХН Y Хh Y здор. дев. носит. дев. здор. мал. бол. мал. Половое и бесполое размножение Половое Бесполое Участвует два организма Участвует один организм Участвуют половые клетки (гаметы), полученные путем мейоза Участвуют соматические клетки, размножающиеся митозом. Дети получаются разные (происходит перекомбинация признаков отца и матери, повышается генетическое разнообразие популяции) Дети получаются одинаковые, копии родителя (в сельском хозяйстве – позволяет быстро увеличить численность организмов, сохраняя все признаки сорта) Способы бесполого размножения 1) Деление одноклеточных (амеба). При шизогонии (малярийный плазмодий) получается не две, а много клеток. 2) Спорообразование Споры грибов и растений служат для размножения. Споры бактерий не служат для размножения, т.к. из одной бактерии образуется одна спора. Они служат для переживания неблагоприятных условий и расселения (ветром). 3) Почкование: дочерние особи формируются из выростов тела материнского организма (почек) – у кишечнополостных (гидра), дрожжей. 4) Фрагментация: материнский организм делится на части, каждая часть превращается в дочерний организм. (Спирогира, кишечнополостные, морские звезды.) 5) Вегетативное размножение растений: размножение с помощью вегетативных органов: корнями – малина листьями – фиалка специализированными видоизмененными побегами: o луковицами (лук) o корневищем (пырей) o o клубнем (картофель) усами (земляника) Способы полового размножения 1) С помощью гамет, сперматозоидов и яйцеклеток. Гермафродит – это организм, который образует и женские, и мужские гаметы (большинство высших растений, кишечнополостные, плоские и некоторые кольчатые черви, моллюски). 2) Конъюгация у зеленой водоросли спирогиры: две нити спирогиры сближаются, образуются копуляционные мостики, содержимое одной нити перетекает в другую, получается одна нить из зигот, вторая – из пустых оболочек. 3) Конъюгация у инфузорий: две инфузории сближаются, обмениваются половыми ядрами, потом расходятся. Количество инфузорий остается тем же, но происходит рекомбинация. 4) Партеногенез: ребенок развивается из неоплодотворенной яйцеклетки (у тлей, дафний, пчелиных трутней). Эмбриональное и постэмбриональное развитие Онтогенез – это индивидуальное развитие организма от момента его зарождения до смерти. Онтогенез начинается с оплодотворения (слияния сперматозоида и яйцеклетки). При этом образуется зигота, в которой объединяется наследственный материал отца и матери. Зародышевое (эмбриональное) развитие Это период с момента оплодотворения до выхода ребёнка из яйца (рождения). Включает в себя стадии дробления, гаструляции, органогенеза. Дробление – это серия делений зиготы путем митоза. Промежуток между делениями очень короткий, в нем происходит только удвоение ДНК, а рост клеток не происходит (яйцеклетка и так была очень большая). В процессе дробления клетки постепенно уменьшаются, пока не достигают нормальных размеров. Дробление приводит к образованию морулы (шарика из клеток), а затем бластулы (полого шарика из клеток; клетки – бластомеры, полость – бластоцель, стенка однослойная). Гаструляция – превращение однослойного зародыша в многослойный. Сначала образуется двухслойный шарик гаструла. Его наружный слой называется эктодерма, внутренний – энтодерма, отверстие в гаструле называется первичный рот, он ведет в кишечную полость. Затем между эктодермой и энтодермой образуется третий слой мезодерма. Органогенез (образование органов) начинается с формирования нервной пластинки в эктодерме на спинной стороне зародыша. В дальнейшем образуется: из эктодермы из энтодермы из мезодермы НЕРВНАЯ СИСТЕМА И КОЖА ПИЩЕВАРИТЕЛЬНАЯ И ДЫХАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМЫ ВСЁ ОСТАЛЬНОЕ Нервная система и эпидермис кожи с производными (ногти, волосы, сальные и потовые железы) Скелет, мышцы, Эпителий, выстилающий кровеносная, пищеварительную и половая, дыхательную системы, печень и выделительная поджелудочная железа системы Эпителий ротовой полости, эмаль зубов Эпителий, выстилающий, мочевыделительную и половую системы Компоненты органов чувств (хрусталик и сетчатка глаза, внутреннее ухо) Постэмбриональное развитие Начинается с рождения (вылупления из яйца). Бывает двух видов: Прямое – когда ребенок похож на родителя, только меньше по размерам и у него недоразвиты некоторые органы (млекопитающие, птицы). Непрямое (с превращением, с метаморфозом) – когда ребенок (личинка) сильно отличается от родителя (лягушки, насекомые). Преимущество непрямого развития состоит в том, что родители и дети не конкурируют друг с другом за пищу и территорию. Виды изменчивости Изменчивость – это способность организмов приобретать отличия от других особей своего вида. Бывает трех видов – мутации, комбинации и модификации. МУТАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ – это изменения ДНК клетки (изменение строения и количества хромосом). Возникают под действием ультрафиолета, радиации (рентгеновских лучей) и т.п. Передаются по наследству, служат материалом для естественного отбора (мутационный процесс – одна из движущих сил эволюции). Примеры: альбинизм (отсутствие окраски кожи и волос), коротконогость у овец, темная окраска крыльев у березовой пяденицы. Виды мутаций. КОМБИНАТИВНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ возникает при перекомбинации (перемешивании) генов отца и матери. Источники: 1) Кроссинговер при мейозе (гомологичные хромосомы тесно сближаются и меняются участками). 2) Независимое расхождение хромосом при мейозе. 3) Случайное слияние гамет при оплодотворении. Пример: у цветка ночная красавица есть ген красного цвета лепестков А, и ген белого цвета а. Организм Аа имеет розовый цвет лепестков, этот признак возникает при сочетании (комбинации) красного и белого гена. МОДИФИКАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ возникает под действием окружающей среды. По наследству не передаётся, потому что при модификациях меняется только фенотип (признак), а генотип не меняется. Примеры: 1) Можно разрезать корень одуванчика на 2 части и посадить их в разные условия; вырастут разные на вид растения, хотя генотип у них одинаковый. 2) Если человек будет находится на солнце, то он загорит; если будет заниматься физкультурой, то увеличит свои мышцы. 3) При хорошем содержании куры увеличивают яйценоскость, коровы дают больше молока. Модификационная изменчивость не безгранична, например, белый человек никогда не сможет загореть до состояния негра. Границы, внутри которых могут происходить модификационные изменения, называются «норма реакции», они заложены в генотипе и передаются по наследству. Отличия мутаций и модификаций Мутациионная изменчивость Модификационная изменчивость Наследственная – передаётся по наследству Ненаследственная – не передаётся по наследству Генотипическая – изменяется генотип, т.е. Фенотипическая – изменяется только ДНК фенотип, т.е. признаки Неопределенная – случайная, нельзя заранее предсказать Определенная – можно заранее предсказать Индивидуальная – у каждого организма происходят свои мутации Групповая – в одинаковых условиях все изменяются одинаково Неприспособительная – не приспосабливает организм к условиям жизни Приспособительная – соответствует окружающей среде Коротконогость у овец возникает случайно (неопределенная), у единичных особей (индивидуальная), является вредной для жизни овцы (неприспособительная) Загар на солнце можно предсказать (определенная), он возникает у всех людей (групповая), помогает коже задерживать ультрафиолет (приспособительная). Виды мутаций, причины, примеры Мутации – это изменения в ДНК клетки. Возникают под действием ультрафиолета, радиации (рентгеновских лучей) и т.п. Передаются по наследству, служат материалом для естественного отбора. отличия от модификаций Генные мутации – изменение строения одного гена. Это изменение в последовательности нуклеотидов: выпадение, вставка, замена и т.п. Например, замена А на Т. Причины – нарушения при удвоении (репликации) ДНК. Примеры: серповидноклеточная анемия, фенилкетонурия. Хромосомные мутации – изменение строения хромосом: выпадение участка, удвоение участка, поворот участка на 180 градусов, перенос участка на другую (негомологичную) хромосому и т.п. Причины – нарушения при кроссинговере. Пример: синдром кошачьего крика. Геномные мутации – изменение количества хромосом. Причины – нарушения при расхождении хромосом. Полиплоидия – кратные изменения (в несколько раз, например, 12 → 24). У животных не встречается, у растений приводит к увеличению размера. Анеуплоидия – изменения на одну-две хромосомы. Например, одна лишняя двадцать первая хромосома приводит к синдрому Дауна (при этом общее количество хромосом – 47). Цитоплазматические мутации – изменения в ДНК митохондрий и пластид. Передаются только по женской линии, т.к. митохондрии и пластиды из сперматозоидов в зиготу не попадают. Пример у растений – пестролистность. Соматические – мутации в соматических клетках (клетках тела; могут быть четырех вышеназванных видов). При половом размножении по наследству не передаются. Передаются при вегетативном размножении у растений, при почковании и фрагментации у кишечнополостных (у гидры). Классическая селекция Селекция – наука, занимающаяся выведением новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Селекция происходит в два этапа: сначала путем скрещивания и мутагенеза создается наследственное разнообразие, а потом производится искусственный отбор. Скрещивание (гибридизация) Отдаленная гибридизация (аутбридинг) – скрещивание организмов разных сортов (пород, линий), подвидов, видов. При этом получаются новые сочетания генов, повышается гетерозиготность, возникает гетерозис (превосходство гибридов над родителями по размеру, жизнеспособности и т.д.). Близкородственное скрещивание (инбридинг) – приводит к закреплению желательного признака (повышается гомозиготность: скрытые рецессивные гены переходят в гомозиготное состояние и проявляются в фенотипе). Длительное близкородственное скрещивание приводит к получению чистых линий. У самоопыляющихся растений они имеют нормальную жизнеспособность, а у животных и перекрестноопыляющихся растений – пониженную, потому что закрепляются не только желательные, но и вредные признаки. Мутагенез Если обработать мешок пшеницы ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами, то в каждом семени произойдут мутации. Если обработать зиготу колхицином, то в ней произойдет полиплоидия (кратное увеличение количества хромосом), у растений это приводит к повышению урожайности (в селекции животных не используется). С помощью полиплоидии Г.Д.Карпеченко преодолел бесплодие межвидового гибрида капусты и редьки: после обработки колхицином количество хромосом в клетках гибрида удвоилось, после чего стала возможна конъюгация и кроссинговер (а следовательно мейоз и образование половых клеток). Искусственный отбор При искусственном отборе закрепляются признаки, полезные для человека, при этом для самого растения или животного эти признаки могут быть вредными (например, ожирение у свиней). Индивидуальный отбор – проводится по генотипу, т.е. с учетом данных о фенотипе родителей, потомства и других родственников. Массовый отбор – проводится по фенотипу (у животных это называется «по экстерьеру»). Устаревшая методика, у животных давно не применяется, у растений и микроорганизмов применяется редко. Биотехнология Это использование биологических систем и процессов в сельском хозяйстве и промышленности. Изначально биотехнологией называли микробиологическое производство – промышленное культивирование бактерий и грибов для получения продуктов их жизнедеятельности (например, антибиотиков). Сейчас биотехнология включает в себя генную и клеточную инженерию. Генная инженерия Это перенос генов в клетки другого организма (получение трансгенных организмов). Техпроцесс: 1) Получение гена. Из клетки выделяют иРНК, затем получают из них ДНК путем обратной транскрипции. 2) Получение рекомбинантной плазмиды. Плазмида – небольшая кольцевая молекула ДНК, характерная для прокариот. В неё вставляют ген, который необходимо перенести. 3) Перенос. Бактерии, например, сами поглощают ДНК из окружающей среды. В природе это является одним из механизмов изменчивости у бактерий. 4) Отбор. Отбирают организмы, в которых пересаживаемый ген содержится и работает. Примеры использования генной инженерии: Инсулин получают из бактерии кишечной палочки с пересаженным человеческим геном инсулина. В культурное растение пересаживают ген устойчивости к гербициду, при обработке поля гербицидом все сорняки погибают, а культурное растение – нет. В культурное растение пересаживают ген яда, убивающего некоторые виды насекомых. Поле, засеянное этими растениями, не нужно обрабатывать инсектицидами. В рапс пересажен ген устойчивости к засолению почвы из другого растения. Клеточная инженерия Это конструирование новых клеток (с новыми свойствами). Примеры: 1) Клонирование. Ядро соматической клетки животного пересаживают в яйцеклетку и выращивают новый организм, при этом полностью сохраняются все наследственные признаки донора ядра. 2) Соматическая (клеточная) гибридизация. Например, сливают две клетки – Влимфоциты, вырабатывающие антитела, и раковые клетки, способные неограниченно делиться – получают гибридные клетки, выделяющие антитела. 3) Культура клеток (тканей). Ткани и органы можно выращивать «в пробирке» на питательной среде. Например, гормон эритропоэтин получают из культур клеток хомяков. 4) Микроклональное размножение. У растений и грибов целый организм можно вырастить из одной или нескольких соматических клеток. Так можно получить посадочный материал, не содержащий вирусов. Вид, критерии вида Вид – это совокупность особей, сходных по критериям вида до такой степени, что они могут в естественных условиях скрещиваться и давать плодовитое потомство. Плодовитое потомство – то, которое само может размножаться. Пример неплодовитого потомства – мул (гибрид осла и лошади), он бесплоден. Критерии вида – это признаки, по которым сравнивают 2 организма, чтобы определить, относятся они к одному виду или к разным. Морфологический – внутреннее и внешнее строение. Физиолого-биохимический – как работают органы и клетки. Поведенческий – поведение, особенно в момент размножения. Экологический – совокупность факторов внешней среды, необходимых для жизни вида (температура, влажность, пища, конкуренты и т.п.) Географический – ареал (область распространения), т.е. территория, на которой живет данный вид. Генетико-репродуктивный – одинаковое количество и строение хромосом, что позволяет организмам давать плодовитое потомство. Критерии вида относительны, т.е. по одному критерию нельзя судить о виде. Например, существуют виды-двойники (у малярийного комара, у крыс и т.д.). Они морфологически друг от друга не отличаются, но имеют разное количество хромосом и поэтому не дают потомства. (То есть морфологический критерий не работает [относителен], но работает генетико-репродуктивный). Естественный отбор Естественный отбор – главный, ведущий, направляющий фактор эволюции, лежащий в основе теории Ч.Дарвина. Все остальные факторы эволюции случайны, один лишь естественный отбор имеет направление (в сторону приспособления организмов к условиям среды). Определение: избирательное приспособленных организмов. выживание и размножение наиболее Творческая роль: выбирая полезные признаки, естественный отбор создает новые виды. Причина: борьба за существование. Материал: наследственная изменчивость Эффективность: чем больше в популяции различных мутаций (чем выше гетерозиготность популяции), тем больше эффективность естественного отбора, быстрее идёт эволюция. Формы: Стабилизирующий – действует в постоянных условиях, отбирает средние проявления признака, сохраняет признаки вида (кистепёрая рыба латимерия) Движущий – действует в изменяющихся условиях, отбирает крайние проявления признака (отклонения), приводит к изменению признаков (берёзовая пяденица) Половой – конкуренция за полового партнера. Разрывающий – выбирает две крайние формы. Следствия естественного отбора: Эволюция (изменение, усложнение организмов) Возникновение новых видов (увеличение количества [многообразия] видов) Приспособленность организмов к условиям окружающей среды. Любая приспособленность относительна, т.е. приспосабливает организм только к одним определенным условиям. Факторы (движущие силы) эволюции Наследственная изменчивость Мутации и комбинации создают наследственное разнообразие (генетическую неоднородность популяции), поставляют материал для естественного отбора. Чем сильнее идёт мутационный процесс, тем больше эффективность естественного отбора. Случайное (ненаправленное) сохранение признаков Популяционные волны – периодические колебания численности популяции. Например: численность зайцев непостоянна, каждые 4 года их становится очень много, затем следует спад численности. Значение: во время спада происходит дрейф генов. Дрейф генов: если популяция очень маленькая (из-за катастрофы, болезни, спада поп-волны), то признаки сохраняются или исчезают независимо от их полезности, случайно. Борьба за существование Причина: организмов рождается гораздо больше, чем может выжить, поэтому для них всех не хватает пищи и территории. Определение: совокупность взаимоотношений организмами и с окружающей средой. Формы: организма с другими внутривидовая (между особями одного вида), межвидовая (между особями разных видов), с условиями окружающей среды. Самой ожесточенной считается внутривидовая. Следствие: естественный отбор Естественный отбор Это главный, ведущий, направляющий фактор эволюции, приспособленности, к возникновению новых видов. подробнее приводит к Изоляция Постепенное накопление различий между изолированными друг от друга популяциями может привести к тому, что они не смогут скрещиваться – возникнет биологическая изоляция, появятся два разных вида. Виды изоляции/видообразования: Географическая – если между популяциями имеется непреодолимая преграда – гора, река или очень большое расстояние (возникает при быстром расширении ареала). Например, лиственница сибирская (в Сибири) и лиственница даурская (на Дальнем Востоке). Экологическая – если две популяции живут на одной территории (внутри одного ареала), но не могут скрещиваться. Например, разные популяции форелей живут в одном озере Севан, но нерестятся в разное время из-за разной температуры воды в разных участках озера. Эволюция Эволюция – это процесс исторического развития органического мира. Эволюция происходит под действием движущих факторов, главным из которых является естественный отбор. В процессе эволюции происходит (результаты эволюции): Изменение, усложнение организмов. Возникновение новых видов (увеличение количества [многообразия] видов). Приспособление организмов к условиям окружающей среды (к условиям жизни), например: o устойчивость вредителей к ядохимикатам, o устойчивость пустынных растений к засухе, o приспособленность растений к опылению насекомыми, o предупреждающая (яркая) окраска у ядовитых животных, o мимикрия (подражание неопасного животного опасному), o покровительственная окраска и форма (незаметность на фоне). Любая приспособленность относительна, т.е. приспосабливает организм только к одним определенным условиям. При изменении условий приспособленность может стать бесполезной или даже вредной (тёмная пяденица на экологически чистой берёзе). Популяция – единица эволюции Популяция – это совокупность особей одного вида, длительно проживающих в определенной части ареала (элементарная структурная единица вида). Внутри популяции скрещивание свободное, между популяциями скрещивание ограничено (изоляция). Популяции одного вида немного отличаются друг от друга, потому что естественный отбор приспосабливает каждую популяцию к конкретным условиям своего ареала (популяция – единица эволюции). Микроэволюция и макроэволюция Микроэволюция – это изменения, происходящие в популяциях под действием движущих сил эволюции. В конечном счете приводит к возникновению нового вида. Макроэволюция – это процесс формирования крупных систематических единиц, надвидовых таксонов – родов, семейств и выше. Этапы развития эволюционной теории Жан Батист Ламарк: для организмов характерно стремление к прогрессу; организмы меняются под действием окружающей среды или тренировки; изменения, приобретенные в течение жизни, наследуются. Чарльз Дарвин: наследственная изменчивость создает материал для эволюции; борьба за существование приводит к естественному отбору; приспособленность отоносительна. Синтетическая теория эволюции добавила к Дарвину: популяция – единица вида и эволюции; факторы эволюции – мутационная популяционные волны. изменчивость, дрейф генов, Основные направления эволюции Биологический прогресс: увеличение количества особей, расширение ареала, увеличение количества подчиненных систематических единиц (например, внутри класса увеличивается количество отрядов). Причина: хорошая приспособленность вида к условиям окружающей среды. Пример: крысы, тараканы, кошки. Биологический регресс: уменьшение количества особей, сужение ареала, уменьшение количества подчиненных сис-единиц. Причина: окружающая среда меняется быстрее, чем вид успевает к ней приспосабливаться. Примеры: киты, слоны, гепарды. Способы достижения биологического прогресса Ароморфоз: крупное изменение (в тестах выбираем изменение самой крупной систематической единицы; например, между "что-то у лягушек", "что-то у млекопитающих" и "что-то у растений" выбираем последнее, потому что растения – это самая крупная сис-единица из трех представленных) изменение, полезное в различных условиях приводит к возникновению крупных сис-единиц (типов, классов) Например: появление цветка у растений, появление шерсти у млекопитающих, появление пятипалой конечности у позвоночных. Идиоадаптация: небольшое изменение (в тестах выбираем изменение самой маленькой сис-единицы) полезное только в одних определенных условиях приводит к появлению небольших сис-единиц (видов, родов) Например: приспособление цветка к опылению муравьями, расчленяющая окраска шерсти у зебры, появление ластообразной конечности у китов. Дегенерация: исчезновение органа или системы органов, не нужных в новых условиях. Происходит при переходе к малоподвижному или паразитическому образу жизни. Например: у аскариды хуже, чем у свободноживущих нематод, развиты нервная система и органы чувств. Сравнительно-анатомические доказательства эволюции Рудименты – органы, которые были хорошо развиты у древних эволюционных предков, а сейчас они недоразвиты, но полностью еще не исчезли, потому что эволюция идет очень медленно. Например, у кита – кости таза. У человека: волосы на теле, третье веко, копчик, мышца, двигающая ушную раковину, аппендикс и слепая кишка, зубы мудрости. Атавизмы – органы, которые должны находиться в рудиментарном состоянии, но из-за нарушения развития достигли крупного размера. У человека – волосатое лицо, мягкий хвост, способность двигать ушной раковиной, многососковость. Отличия атавизмов от рудиментов: атавизмы – это уродства, а рудименты есть у всех. Дивергенция – расхождение признаков у потомков одного предка, попавших в разные условия. Гомологичные органы – органы, возникшие из одного исходного органа в процессе дивергенции. Внешне они обычно отличаются, потому что приспособлены к разным условиям, но всегда имеют сходное внутреннее строение из-за общего происхождения. Пример: крыло летучей мыши, рука человека, ласт кита. Конвергенция – процесс схождения признаков у разных организмов, попавших в одинаковые условия. Аналогичные органы – органы, возникшие из разных исходных органов в процессе конвергенции. Внешне они похожи, потому что приспособлены к одним и тем же условиям, но имеют разное строение из-за разного происхождения. Пример: глаз человека и осьминога, крыло бабочки и птицы. Если конвергенция происходит у ближайших родственников, то результаты конвергенции считаются гомологичными органами. Например: крылья совы и летучей мыши, ласты дельфина и пингвина. Эмбриологические, палеонтологические, биогеографические, биохимические доказательства эволюции. Доказательства эволюции Сравнительно-анатомические Отдельный пункт Эмбриологические В эмбриональном (зародышевом) развитии организмы имеют признаки своих эволюционных предков. Например, все организмы начинают развитие с одноклеточной стадии (зиготы); двуслойный зародыш (гаструла) соответствует кишечнополостным; близкородственные организмы имеют сходные стадии зародышевого развития (сходную последовательность закладки органов); зародыш человека покрыт шерстью, имеет хвост – это говорит о происхождении человека от животных. Палеонтологические 1) Ископаемые остатки и отпечатки (окаменелости) древних показывают, как шло их историческое развитие (эволюция). организмов 2) Филогенетические ряды – это ряды видов, последовательно сменявших друг друга в процессе эволюции. 3) Переходные формы (доказывают происхождение организмов): кистеперая рыба латимерия и стегоцефал – земноводных от рыб; археоптерикс – птиц от пресмыкающихся. Биогеографические Флора и фауна (ФФ) вулканических островов очень бедна, потому что животным и растениям тяжело попасть с материка на новый остров; содержит много эндемиков (видов, обитающими только здесь). ФФ островов, отколовшихся от материка, очень похожа на ФФ материка; чем раньше произошло отделение – тем больше отличия. Биохимические Все живые организмы на Земле состоят в основном из белков; наследственная информация закодирована в нуклеиновых кислотах, одинаково происходят процессы репликации, транскрипции, трансляции, гликолиза и т.п. Всё это свидетельствует о единстве органического мира. Этапы эволюции ЭТАПЫ РАННЕЙ ЭВОЛЮЦИИ: – коацерваты (появление доклеточных форм жизни) – прокариотические клетки (возникновение жизни, клеточных форм жизни – анаэробных гетеротрофов) – хемосинтезирующие бактерии (появление хемосинтеза) – фотосинтезирующие бактерии (появление фотосинтеза, в дальнейшем это приведет к возникновению озонового экрана, который позволит организмам выйти на сушу) – аэробные бактерии (появление кислородного дыхания) – эукариотические клетки (возникновение эукариот) – многоклеточные организмы – (выход организмов на сушу) ЭТАПЫ ЭВОЛЮЦИИ РАСТЕНИЙ: – (появление фотосинтеза у прокариот) – Одноклеточные водоросли – Многоклеточные водоросли – Риниофиты, Псилофиты (выход растений на сушу, дифференциация клеток и появление тканей) – Мхи (появление листьев и стебля) – Папоротники, Хвощи, Плауны (появление корней) – Семенные папоротники – Голосеменные (появление семени) – Покрытосеменные (появление цветка и плода) ЭТАПЫ ЭВОЛЮЦИИ ЖИВОТНЫХ: – Простейшие – Кишечнополостные (появление многоклеточности) – Плоские черви (возникновение двусторонней симметрии) – Круглые черви – Кольчатые черви (расчленение тела на сегменты) – Членистоногие (возникновение хитинового покрова) – Бесчерепные (образование хорды, предки позвоночных) – Рыбы (возникновение мозга у позвоночных) – Кистеперые рыбы – Стегоцефалы (переходные формы между рыбами и земноводными) – Земноводные (возникновение лёгких и пятипалой конечности) – Пресмыкающиеся – Яйцекладущие млекопитающие (возникновение четырехкамерного сердца) – Птицы – Плацентарные млекопитающие Эволюция человека (антропогенез) Факторы эволюции человека На ранних этапах эволюции человека главенствовали биологические факторы эволюции – изменчивость, борьба за существование, естественный отбор и т.п. На поздних этапах эволюции человека главными стали социальные факторы эволюции – общественный образ жизни, использование орудия труда, использование огня, развитие речи. Этапы эволюции человека Название стадии (конкретные находки) время жизни (лет назад), видовое название объем мозга (мл), орудия труда 600-700 заостренная галька что умели делать Поздняя стадия австралопитека 2,8-2,0 млн. человек умелый Древнейший человек (питекантроп, синантроп, гейдельбергский человек) 800-1100 1,9-0,5 млн. обтесанные кремни человек прямоходящий (рубила и скрёбла) Древний человек (неандерталец) 300-30 тыс. 1200-1400 могли добывать огонь, человек разумный каменные скрёбла, коллективная охота, (подвид остроконечники, ножи ритуальные погребения неандертальский) Современный человек (кроманьонец) 35 тыс. человек разумный 1200-1600 ножи, копья, иглы из камня, рога, кости Расы изготавливали и использовали орудия труда использовали и поддерживали огонь, возникли зачатки речи шили одежду, строили жилища, развивали сельское хозяйство, первобытное искусство Это подразделения внутри вида, приспособленные к конкретным условиям. Расы имеются у всех широко распространенных видов. У человека выделяют 3 большие расы (негроиды, европеоиды, монголоиды). Расистская теория (расизм) отвергает единство человеческих рас, т.е. утверждает, что разные расы человека произошли от разных предков. Это неправда, все расы человека легко скрещиваются и дают плодовитое потомство, т.е. относятся к одному виду. Отличия человека от человекообразных обезьян 1) Речь, подбородочный выступ. 2) Вторая сигнальная система, большой мозг, мозговая часть черепа больше лицевой. 3) Трудовая деятельность (создание и использование орудий труда), большой палец кисти противопоставлен остальным и хорошо развит. 4) Прямохождение: сводчатая стопа, расширенный таз, изгибы в позвоночнике (Sобразный позвоночник), грудная клетка расширена в стороны. Пищевая цепь 1. Продуценты (производители) производят органические вещества из неорганических. Это растения, а так же фото- и хемосинтезирующие бактерии. 2. Консументы (потребители) потребляют готовые органические вещества. консументы 1 питаются продуцентами карп, пчела) консументы 2 питаются консументами (волк, щука, и т. д. порядка (корова, порядка первого оса) 3. Редуценты (разрушители) разрушают (минерализуют) органические вещества до неорганических – бактерии и грибы. Пример пищевой цепи: капуста → гусеница капустной белянки → синица → ястреб. Стрелка в пищевой цепи направлена от того, кого едят в сторону того, кто ест. Первое звено пищевой цепи – продуцент, последнее – консумент высшего порядка или редуцент. Пищевая цепь не может содержать больше 5-6 звеньев, потому что при переходе на каждое следующее звено 90% энергии теряется (правило 10%, правило экологической пирамиды). Например, корова съела 100 кг травы, но потолстела только на 10 кг, т.к. а) часть травы она не переварила и выбросила с калом; б) часть переваренной травы была окислена до углекислого газа и воды для получения энергии; часть этой энергии была потрачена на жизнедеятельность, часть рассеялась в виде тепла. Каждое последующее звено в пищевой цепи весит меньше предыдущего, поэтому пищевую цепь можно представить в виде пирамиды биомассы (внизу производители, их больше всего, на самом верху – консументы высшего порядка, их меньше всего). Кроме пирамиды биомассы, можно построить пирамиду энергии, численности и т.п. Экосистема Биоценоз (сообщество) – это совокупность живых организмов, населающих определеное местообитание. Например, биоценоз пруда. Экосистема – это совокупность живых организмов и среды их обитания, характеризующаяся круговоротом веществ и потоком энергии (пруд, луг, лес). Биогеоценоз – это экосистема, находящаяся в определенном участке суши и неразрывно связанная с этим конкретным участком. (Временные, искусственные и водные экосистемы не считаются биогеоценозами.) Процессы в экосистемах Круговорот веществ в экосистеме происходит за счет пищевых цепей: продуценты забирают из неживой природы неорганические вещества и делают из них органику, консументы передают её по цепи, редуценты разлагают органику и возвращают неорганические вещества в неживую природу. Поток энергии: большинство экосистем получают энергию от солнца. Растения в процессе фотосинтеза запасают ее в органических веществах. Эта энергия используется для жизнедеятельности всех остальных организмов экосистемы. Проходя по пищевым цепям, эта энергия постепенно расходуется (правило 10%), в конце концов вся солнечная энергия, поглощенная продуцентами, превращается в тепло. Устойчивость экосистемы (саморегуляция): чем больше в экосистеме видов, тем больше там пищевых цепей, и тем более устойчивым (сбалансированным) является круговорот веществ и сама экосистема. За счет устойчивости (саморегуляции) экосистемы могут выдерживать неблагоприятные воздействия, например, лес может сохраниться (восстановиться) после нескольких лет засухи, бурного размножения майских жуков и/или зайцев. Если количество видов (биологическое разнообразие) уменьшается, то экосистема становится неустойчивой и теряет способность к саморегуляции. Смена экосистемы (сукцессия). Экосистема, в которой производится больше органических веществ, чем потребляется, неустойчива. Она зарастает, это нормальный процесс саморазвития экосистемы (живые организмы сами меняют свою среду обитания). Например, лесной пруд превращается в болото, степь – в лесостепь, березняк – в дубраву и т.п. К смене экосистемы могут приводить и внешние воздействия, например, пожар или вырубка леса. Всё это были примеры вторичной сукцессии, первичная происходит на безжизненном участке. Агроэкосистема (агроценоз) Это искусственная экосистема, созданная человеком (поле пшеницы, яблоневый сад). 1. В агроэкосистеме живет меньше видов, чем в естественной экосистеме. Поэтому пищевые цепи в агроэкосистеме короткие, неразветвленные, из-за этого круговорот веществ неустойчивый, следовательно, сама агроэкосистема неустойчива. Если человек не будет за ней ухаживать (поливать, удобрять, пропалывать), то она разрушится, например, поле пшеницы зарастет, превратится в луг. Таким образом, естественная экосистема получает энергию только от солнечного света, а агроэкосистема – от Солнца и от человека (основной источник энергии для агроэкосистемы – всё-таки Солнце). 2. В агроэкосистеме живет очень много растений одного вида (монокультура), следовательно, создаются хорошие условия для консументов, питающихся этим видом (вирусов, бактерий, нематод, клещей, насекомых и т.п.). Поэтому в сельском хозяйстве обязательно надо бороться с вредителями. Основные способы: ядохимикаты (плюс – дёшево, минус – уничтожаются естественные враги вредителей, так что их численность может, наоборот, возрасти); биологические методы (использование естественных врагов – наездников против бабочек, божьих коровок против тли и т.п.); севооборот (каждый год на поле выращивается другая культура, чтобы вредители не накапливались в почве) 3. В естественной экосистеме растения своими корнями забирают из почвы минеральные соли, затем растения поедаются консументами, разрушаются редуцентами, и соли возвращаются назад в почву – это замкнутый круговорот веществ. На поле пшеницы урожай собирается и вывозится, и минеральные соли в почву не возвращаются (незамкнутый круговорот веществ). Поэтому в сельском хозяйстве применяют удобрения – минеральные (соли) и органические (навоз). Приспособления организмов к условиям обитания наземновоздушная водная среда почвенная среда организменная среда сопротивле-ние среды низкое среднее высокое высокое содержание кислорода высокое среднее низкое низкое доступность воды низкая высокая высокая высокая доступность света высокая только в верхних слоях отсутствует отсутствует колебания температуры сильные слабые наверху сильные, в слабые или глубине слабые отсутствуют Приспособления к паразитизму упрощение организации: редукция нервной системы, органов чувств, опорно-двигательной системы. Вместо этого сильно развивается половая система, т.к. паразиты должны производить очень много потомства. паразитические черви, кроме того, имеют органы прикрепления (крючки, присоски) и покровы, устойчивые к перевариванию Приспособления к наземно-воздушной среде у растений - механические ткани, покоящиеся стадии у животных - скелет, теплокровность Приспособления к водной среде обтекаемая форма тела уменьшение трения тела о воду (например, слизь) конечности с гребущей поверхностью (плавники, ласты, перепонки) верхняя часть тела темная, нижняя – светлая возможно фильтрационное питание у растений - жизнь в верхних слоях Приспособления к почвенной среде циллиндрическое тело, короткие конечности, короткие уши гладкая поверхность тела (слизь у червей, короткая шерсть у крота) уменьшены или отсутствуют глаза, вместо этого развиты органы осязания Приспособления к полёту крылья с летательной поверхностью, образованной перепонкой и т.п. обтекаемая форма тела облегченное тело (например, полые кости у птиц) приспособления семян растений - крылышки, волоски перьями, кожной Биосфера и живое вещество Биосфера – это оболочка Земли, заселенная живыми организмами. Организмы живут везде, где им позволяют условия: во всей гидросфере, в верхней части литосферы (до горячих недр) и в нижней части атмосферы (до озонового слоя). Биосфера является открытой системой, т.к. ей постоянно требуется поступление энергии извне (от Солнца). За счет энергии Солнца в биосфере происходит поток энергии и круговорот веществ. Живое вещество – это совокупность всех живых организмов на Земле. В живом веществе химические реакции идут очень быстро, поэтому живое вещество очень активно участвует в биогеохимическом круговороте (круговороте веществ и превращении энергии в биосфере). Биогенное вещество – вещество, создаваемое живыми организмами (уголь, нефть, природный газ, торф, известняк). Биокосное вещество – вещество, в создании которого принимают участие живые организмы (почва, ил). Косное вещество – никак не связанное с живыми организмами (гранит, песок). Функции живого вещества (материал довольно мутный, многие тесты приходится решать методом исключения): Концентрационная – накопление (аккумулирование) в живых организмах каких-либо элементов. Например, концентрация железа в позвоночных животных гораздо выше, чем в неживой природе; хвощи накапливают кремний. Газовая – связана с поглощением и выделением газов. Например, при дыхании поглощается кислород и выделяется углекислый газ, клубеньковые бактерии поглощают азот. Окислительно-восстановительная – это работа хемосинтезаторов, часто приводит к отложению в земной коре залежей полезных ископаемых, например, серы, бокситов, железной руды. Биохимическая – реакции обмена веществ, происходящие внутри организма. Свойства живого. Уровни организации живой материи Свойства живых организмов 1. Обмен веществ и энергии с окружающей средой. 2. Размножение (самовоспроизведение). 3. Раздражимость (саморегуляция) – способность реагировать на воздействия, например, рефлексы у животных, саморегуляция в экосистемах. 4. Саморазвитие, например онтогенез у животных, сукцессия в экосистемах. Уровни организации живой материи 1. Молекулярный (молекулярно-генетический) – это уровень сложных органических веществ – белков и нуклеиновых кислот. На этом уровне происходят химические реакции обмена веществ (гликолиз, репликация и т.п.), но молекулы сами по себе еще не могут считаться живыми. 2. Клеточный (органоидно-клеточный). На этом уровне возникает жизнь, потому что клетка – минимальная единица, обладающая всеми свойствами живого. 3. Органно-тканевой – характерен только для многоклеточных организмов. На этом уровне возникает дифференциация клеток (специализация клеток по выполняемым функциям). 4. Организменный – за счет нервно-гуморальной регуляции и обмена веществ на этом уровне осуществляется гомеостаз, т.е. сохранение постоянства внутренней среды организма. 5. Популяционно-видовой. На этом уровне происходит эволюция, т.е. изменение организмов, связанное с приспособлением их к среде обитания под действием естественного отбора. Наименьшей единицей эволюции является популяция. 6. Биогеоценотический (экосистемный). На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, а также саморегуляция, за счет которой поддерживается устойчивость экосистем и биогеоценозов. 7. Биосферный. На этом уровне происходит глобальный круговорот веществ и превращение энергии, а так же взаимодействие живого и неживого вещества планеты. Глобальные экологические проблемы человечества Загрязнение окружающей среды (почвы, атмосферы, океана). Приводит к тому, что состав и свойства среды обитания живых организмов изменяются, организмы не успевают к этому приспособиться и вымирают, из-за этого уменьшается биоразнообразие. 90% органики в пищевых цепях разрушается (правило 10%), а ядовитые вещества сохраняются, поэтому яды накапливаются в консументах 3-4 порядков (например, в человеке) и приводят к наследственным болезням, а канцерогены – к онкологическим заболеваниям (раку). Загрязнение атмосферы оксидами серы и азота приводит к кислотным дождям, которые уничтожают растительность. Озоновый слой поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца. Загрязнение атмосферы хлор- и бромсодержащими соединениями приводит к разрушению озона. Возникают озоновые дыры, это приводит к мутациям и онкологическим заболеваниям. Увеличение численности человечества приводит к возрастанию антропогенного давления на окружающую среду: строятся новые города, плотины, дороги. Площадь земель, используемых под сельское хозяйство, увеличивается за счет природных биоценозов, в том числе за счет лесов. Последствия вырубки лесов: Разрушается среда обитания для жителей леса (животных, грибов, лишайников, трав). Они могут полностью исчезнуть (уменьшение биоразнообразия). Лес своими корнями удерживает верхний плодородный слой почвы. Без поддержки почву может унести ветром (получится пустыня) или водой (получатся овраги). Лес с поверхности своих листьев испаряет очень много воды. Если убрать лес, то влажность воздуха в данной местности уменьшится, а влажность почвы увеличится (может образоваться болото). Лес выделяет очень мало кислорода "наружу", потому что гетеротрофы этого леса активно дышат. Считать ли на ЕГЭ правильным вариант "при вырубке леса уменьшается количество кислорода" – решайте по контексту. Чтобы кормить увеличивающееся человечество, не агроценозов, необходимо повышение урожайности культур. увеличивая площадь сельскохозяйственных Уменьшение биологического разнообразия (количества видов животных, растений, микроорганизмов и т.п.) приводит к тому, что экосистемы становятся неустойчивыми и разрушаются. Чтобы этого не происходило, человек должен сохранять видовое разнообразие – уменьшать загрязнение окружающей среды, уменьшать воздействие антропогенных факторов, организовывать заповедники, заказники, ботанические сады. Парниковый эффект (повышение температуры в нижних слоях атмосферы) вызвано увеличением концентрации углекислого газа, который образуется в процессе сжигания угля, нефти, бензина, газа. Глобальное потепление приводит к повышению уровня мирового океана за счет таяния льдов и к глобальному изменению климата. Рациональное природопользование Чтобы сохранить биосферу, человек должен: уменьшать загрязнение окружающей среды, сохранять среду обитания живых организмов, её состав и свойства, сохранять редкие виды в заповедниках и заказниках. Обзор царства растений Царство растений делится на 2 подцарства – высших растений и низших растений. Низшие растения – это водоросли, высшие – мхи, папоротники, хвощи, плауны, голосеменные, покрытосеменные. Водоросли Отличаются от высших растений тем, что не имеют тканей (проводящих, механических и т.п.) и не имеют органов (корней, листьев, стеблей). Все тело водоросли представляет собой единое слоевище (таллом). Бывают одноклеточные водоросли. Споровые растения Мхи, папоротники, хвощи и плауны размножаются спорами (бесполое размножение). Из споры вырастает заросток (гаметофит), он производит гаметы (яйцеклетки и плавающие сперматозоиды). Для оплодотворения нужна вода. После оплодотворения образуется зигота, из которой вырастает новое растение – спорофит (на нем в спорангиях образуются споры). МХИ считаются первыми растениями, вышедшими на сушу. У них впервые появляются стебель и листья. Отличия мхов от остальных высших растений: Корней нет, вместо корней ризоиды. Ткани есть, но они плохо развиты (особенно механические и проводящие), из-за этого все мхи являются небольшими травами. Гаметофит доминирует над спорофитом (является листостебельным растением). Спорофит – коробочка на ножке, растет на гаметофите. Из споры вырастает зеленая нить предросток (протонема), а затем – гаметофит. Из белого мха сфагнума постепенно образуются залежи торфа. ПАПОРОТНИКИ, ХВОЩИ, ПЛАУНЫ имеют не только стебель и листья, но и корни, и хорошо развитые ткани. Были широко распространены в каменноугольном периоде, именно из них образовались залежи каменного угля. У папоротников споры образуются на нижней поверхности листьев. Семенные растения Отличаются от всех предыдущих отделов тем, что мужские гаметы у них не плавают в воде. Они находятся внутри пыльцы, которая переносится ветром. ГОЛОСЕМЕННЫЕ размножаются семенами, не покрытыми оболочкой (голыми). Семена образуются внутри шишек. Жизненные формы голосеменных – в основном деревья, кустарников мало, трав нет. ПОКРЫТОСЕМЕННЫЕ (ЦВЕТКОВЫЕ) в настоящее время занимают господствующее положение в биосфере Земли. Семена покрытосеменных покрыты оболочкой (околоплодником). Только у покрытосеменных есть: цветы, плоды, двойное оплодотворение, сосуды в ксилеме. Чередование поколений у растений В жизненном цикле растений имеются две стадии: спорофит и гаметофит: спорофит делает споры (путем мейоза); спора прорастает в гаметофит (заросток*); гаметофит делает** гаметы (путем митоза); после оплодотворения получается зигота, из которой вырастает спорофит. Зигота и спорофит диплоидные (2n). Все остальные гаплоидные (споры, гаметофит и гаметы – n). У мхов спора сначала прорастает в зеленую нить предросток (протонему), а уже из предростка вырастает гаметофит. Гаметофит мхов (зеленое растение со стеблем и листьями) больше, чем спорофит (коробочка на ножке), таким образом, у мхов гаметофит преобладает над спорофитом. У всех остальных высших растений наоборот – спорофит преобладает над гаметофитом. У высших споровых растений (мхов, папоротников, хвощей и плаунов) споры разносятся ветром. У семенных растений (голосеменных и покрытосеменных) споры прорастают прямо внутри спорофита. Внутри семязачатка макроспора прорастает в женский гаметофит, в нём образуется яйцеклетка. Внутри пыльцевого мешка микроспора превращается в мужской гаметофит – пыльцевое зерно, в нем образуются спермии. У покрытосеменных растений происходит двойное оплодотворение. ================ * Гаметофит называется заростком только у папоротников, хвощей и плаунов. ** Половые клетки образуются в половых органах гаметофита: женские – в архегониях, мужские – в антеридиях. Размножение цветковых растений Цветок состоит из околоцветника (лепестков и чашелистиков) и репродуктивных частей – тычинок и пестиков. Тычинки состоят из тычиночной нити и пыльника. В пыльнике образуется пыльца, состоящая из вегетативной и генеративной клетки. Пестики состоят из завязи, столбика и рыльца. Внутри завязи находится семязачаток, внутри семязачатка – зародышевый мешок, внутри зародышевого мешка – семь клеток, одна из которых яйцеклетка, а вторая – центральная диплоидная клетка. При опылении пыльца оказывается на рыльце пестика. Вегетативная клетка пыльцы прорастает в пыльцевую трубку, растущую через столбик пестика по направлению к зародышевому мешку. Генеративная клетка пыльцы делится на два спермия, которые двигаются по пыльцевой трубке. Двойное оплодотворение (оплодотворение двумя спермиями) открыл русский ученый С.Г.Навашин. Попав в зародышевый мешок один спермий оплодотворяет яйцеклетку, получается диплоидная зигота, из который вырастает зародыш; второй оплодотворяет центральную диплоидную клетку, получается триплоидный эндосперм, который запасает вещества для питания зародыша при прорастании семени. Семя (образуется из семязачатка) состоит из зародыша, эндосперма и семенной кожуры. Зародыш образуется из зиготы (оплодотворенной яйцеклетки). Он состоит из зародышевого стебелька, зародышевого корешка, зародышевой почки и зародышевых листьев – семядолей. Эндосперм образуется из оплодотворенной центральной диплоидной клетки, он запасает вещества для питания зародыша (проростка) при прорастании семени. Семенная кожура образуется из оболочки семязачатка. Плод (образуется из завязи пестика) состоит из семени и околоплодника. Семя образуется из семязачатка. Околоплодник образуется из стенки завязи, он защищает семена и способствует их распространению. Классы и семейства цветковых растений Отдел цветковых растений делится на два класса: однодольные и двудольные. Отличия: 1. У однодольных в семени одна семядоля (зародышевый листок), а у двудольных – две. 2. У однодольных корневая система мочковатая, а у двудольных – стержневая. 3. У однодольных жилкование листьев параллельное и дуговое, а у двудольных – сетчатое (перистое). 4. У однодольных нет камбия, поэтому они не могут расти в толщину и все являются травами. У двудольных есть камбий, поэтому они могут быть травами, кустарниками и деревьями. 5. Количество элементов цветка (тычинок, лепестков) у однодольных кратно трем (3,6,9…), а у двудольных – пяти (5, 10, 15…) 6. У однодольных листья всегда простые, а у двудольных могут быть простые или сложные. 7. У однодольных цветки с простым околоцветником (только лепестки), а у двудольных – с двойным (+чашелистики). Однодольные 1. Семейство Злаки (рожь, пшеница, пырей) – стебель соломина, вставочный рост, соцветие сложный колос, плод зерновка. 2. Семейство Лилейные (лук, тюльпан, ландыш) – имеют корневища и луковицы. Двудольные 1. Семейство Крестоцветные (редис, капуста, сурепка) – 4 лепестка, плод стручок. 2. Семейство Бобовые, они же Мотыльковые (горох, клевер, бобы) – плод боб, клубеньковые бактерии. 3. Семейство Пасленовые (картофель, томат, перец) – сросшиеся чашелистики и лепестки, ядовитость. 4. Семейство Сложноцветные (подсолнух, ромашка, одуванчик) – мелкие цветки собраны в соцветие корзинка, плод семянка. 5. Семейство Розоцветные (яблоня, земляника, рябина). Таким образом, деление цветковых растений на классы происходит на основе строения корневой системы, количества семядолей, жилкования листьев и пр. Деление на семейства происходит на основе строения цветов и плодов. Ткани растений Основная ткань – паренхима (клетки не вытянутые и не плоские). Хлоренхима – фотосинтезирует. В листе делится на столбчатую (лежит непосредственно под эпидермисом) и губчатую (лежит в глубине листа). Запасающая – входит в состав сложных тканей, например, в состав ксилемы и флоэмы. Образовательная ткань (меристема) обеспечивает рост растения. Состоит из мелких постоянно делящихся клеток. Верхушечная меристема обеспечивает рост стебля. Зона деления корня обеспечивает рост корня. Камбий – меристема, за счет которой стебель растет в толщину. Откладывает внутрь от себя вторичную ксилему, наружу – вторичную флоэму. Механическая ткань придаёт прочность органам растений. Колленхима состоит из живых клеток с утолщенными, но не одревесневшими первичными оболочками. Они способны к росту, поэтому не препятствуют росту органов, в которых они расположены. Для выполнения опорной функции требуется тургор. Склеренхима. Состоит из клеток с утолщенными одревесневшими оболочками. Клетки мертвые, поэтому не могут расти, но зато работают без тургора. Проводящая ткань состоит из проводящих элементов, волокон механической ткани и паренхимы. По ксилеме (древесине) передвигается вода с минеральными солями от корня наверх. Проводящие элементы – сосуды и трахеиды (мёртвые клетки). По флоэме (лубу) передвигается вода с сахарами. Проводящие элементы – ситовидные трубки. Они живые, но безъядерные, поэтому рядом с ними находятся клетки-спутники, производящие РНК. Покровная ткань отделяет растение от окружающей среды, образована плотно прилегающими клетками. Эпидермис состоит из плотно сомкнутых основных клеток (прозрачные, не фотосинтезируют), устьиц (регулируют газообмен и транспирацию, фотосинтезируют) и железистых волосков. Пробка состоит из мертвых клеток, не пропускает через себя вещества. Всё, что лежит снаружи от пробки, отмирает, не может растягиваться и постепенно лопается (корка). Ризодерма содержит корневые волоски, покрывает зону всасывания кончика корня Вегетативные органы растения Тело высшего растения состоит из корня и побега. Корень поглощает из почвы воду с минеральными солями (эту функцию обеспечивает зона всасывания, содержащая корневые волоски); закрепляет растение в почве. А также: может запасать вещества (георгин); вступает в симбиоз с грибами (микориза). Корнеплод – это орган, состоящий наполовину из корня и наполовину из стебля, выполняет запасающую функцию (свекла, репа, морковь). Побег Состоит из стебля, листьев и почек. Примеры видоизмененных побегов: столон (картофель) – подземный побег, на его конце образуется клубень клубень (топинамбур) – имеет почки (глазкú) луковица (тюльпан) – имеет стебель (донце), мясистые листья (чешуи) и почки корневище (пырей) – подземный побег, имеет стебель, остатки листьев (чешуи) и почки Стебель держит на себе все остальные органы растения проводит воду с растворенными в ней веществами o o по ксилеме (древесине) проводится вода с минеральными солями снизу вверх по флоэме (лубу) проводится вода с сахарами сверху вниз А также: может фотосинтезировать (картофель), запасать вещества (кактус). Листья фотосинтезируют (на свету в хлоропластах за счет хлорофилла из углекислого газа и воды делают глюкозу и кислород). испаряют воду (транспирация), за счет этого происходит o охлаждение листа o движение воды по ксилеме (это одна из двух причин, вторая – корневое давление) А также: могут превращаться в колючки (кактус), зацепки (горох), могут запасать вещества (алоэ). Почки Это зачаточные побеги. Внутри почек содержатся зачаточный стебель, зачаточные листья, зачаточные почки. Почки бывают: верхушечные пазушные (в пазухе листа) придаточные (на стебле, листьях, корнях). Окучивание растений приводит к тому, что из придаточных почек на стебле образуются придаточные корни. Грибы и лишайники Тело гриба – грибница (мицелий) состоит из множества тонких нитей (гиф). Грибы питаются готовыми органическими веществами. Сапрофиты переваривают мертвую органику, паразитические грибы питаются живыми организмами. Грибы размножаются частями мицелия (фрагментация) и спорами, гаметы отсутствуют. У плесневых грибов споры образуются на спорангиях, торчащих из пищевого субстрата (у мукора спорангии шарообразные, у пеницилла – кистевидные). Мицелий у мукора одноклеточный (не поделен перегородками на отдельные клетки), у пеницилла – многоклеточный. Плесн. грибы используются при производстве антибиотиков и некоторых сыров. Паразитические грибы. Спорынья поражает зерновые культуры, образует черные рожки, содержащие ядовитые вещества. Рожки собираются вместе с зерном, могут попасть в муку и вызвать отравление. Трутовики паразитируют на деревьях, разрушают их древесину. Дрожжи – одноклеточные грибы, размножаются почкованием. Используют спиртовое брожение: при окислении глюкозы получается спирт и углекислый газ. Применяется в хлебопечении (СО2 поднимает тесто), при изготовлении алкогольных напитков. У шляпочных грибов есть плодовое тело, состоящее из плотно переплетенных гиф – оно служит для образования и распространения спор. Плодовое тело состоит из ножки и шляпки, споры образуются на нижней части шляпки. Нижняя часть шляпки может быть трубчатой (белый гриб, подберезовик, масленок) или пластинчатой (опенок, груздь, шампиньон). Большинство почвенных шляпочных грибов образуют микоризу – симбиоз с корнями деревьев (гриб дает растению воду с солями в обмен на сахар). Лишайники Лишайники – это симбиоз грибов с водорослями. Водоросли фотосинтезируют и дают грибу органические вещества, грибы дают водорослям воду и минеральные соли. Лишайники растут очень медленно, зато могут переносить полное высыхание. Различают накипные, листоватые и кустистые (ягель) лишайники. Значение лишайников: питание северных оленей – ягель (олений мох); не могут жить в загрязненном воздухе (лихеноиндикация); самые первые живые организмы на голом камне (начальная стадия первичной сукцессии). Одноклеточные Хламидомонада – одноклеточная зеленая водоросль грушевидной формы, живет в пресных стоячих водоемах, особенно если вода обогащена азотом. Имеет две сократительные вакуоли, чашеобразный хлоропласт (хроматофор), светочувствительный глазок, два жгутика. Плывет по направлению к свету. Бесполое размножение путём митоза образуются зооспоры. Половое размножение: путём митоза образуются гаметы, толстостенная диплоидная зигота пережидает плохие условия. При ее прорастании происходит мейоз. Эвглена зеленая имеет веретеновидную форму тела, один длинный жгутик, светочувствительный глазок. Двигается в сторону света, способна к фотосинтезу. При длительном отсутствии света становится бесцветной, при перемещении на свет хлоропласты восстанавливаются. Эвглена может поглощать жидкую пищу путем пиноцитоза. Живет в загрязненных органикой пресных водоемах, вызывает цветение воды. Миксотрофный тип питания эвглены доказывает, что между животными и растениями нет непреодолимой границы. Амёба живет в пресных стоячих водоемах. Мембрана амебы образует выросты (ложноножки, псевдоподии), с помощью которых амеба передвигается и осуществляет фагоцитоз. Размножается только бесполым путем – делением клетки надвое (митозом). В неблагоприятных условиях амеба выделяет вокруг себя плотную защитную оболочку, образуется циста. Цисты переносятся ветром и водой – так происходит расселение амебы. Инфузория живет в пресных водоемах. Движется за счет ресничек, покрывающих тело. Имеет два ядра: большое (макронуклеус) образует РНК, малое (микронуклеус) участвует в половом процессе. Пищевые частицы (бактерии) согласованным биением ресничек направляются к клеточному рту, он ведет в клеточную глотку, на конце которой образуется пищеварительная вакуоль. Непереваренные частицы выбрасываются наружу через порошицу. Бесполое размножение – поперечное деление, половой процесс – конъюгация. Малярийный плазмодий – паразит человека. Он проникает в эритроциты, там питается гемоглобином, размножается. При выходе плазмодиев из эритроцита в кровь попадают продукты распада, что приводит к высокой температуре (лихорадке) каждые 3 или 4 дня (в зависимости от вида плазмодия). Анемия, вызванная разрушением эритроцитов, и повторяющиеся лихорадки истощают больного малярией, он может умереть. Переносчиком плазмодия является комар из рода Анофелес. Ещё паразитические простейшие: дизентерийная амеба, лямблия. Сократительная вакуоль удаляет из клетки лишнюю воду, поступающая за счет осмоса (у инфузории – две штуки, с приводящими канальцами). Обычно отсутствует у растений и паразитов. Тип Кишечнополостные Самые простые многоклеточные животные, тело состоит из двух слоев клеток – эктодермы и энтодермы, пространство между ними заполнено мезоглеей (у всех остальных многоклеточных есть третий слой – мезодерма). Симметрия Хорошо тела лучевая развита регенерация, могут (радиальная). размножаться почкованием. У них впервые появилась нервная система (сетчатая, диффузная) и простейшие рефлексы. Хищники, убивают добычу с помощью стрекательных клеток, которые при касании чувствительного волоска выбрасывают стрекательную нить, парализующую добычу. В жизненном цикле чередуются полип (прикрепленная форма, специализация – питание, производит медуз) и медуза (плавающая форма, специализация – размножение, производит половые клетки). Классы Гидроидные (преобладает полип, медузы небольшие). Представитель – гидра пресноводная (не имеет медузы; зиму переживает в виде толстостенной зиготы на дне водоема; Гермафродит, но оплодотворение перекрестное). Сцифоидные (преобладает медуза, полипы небольшие). Коралловые (медуза отсутствует). Представители – актинии, кораллы. Кораллы – колониальные полипы, которые вырабатывают общий для всей колонии органический или известковый скелет. В результате жизнедеятельности морских кораллов возникают рифы и атоллы. Три типа червей Типы Плоские черви Представители ресничные планария), (печеночный ленточные цепень) Важнейшее эволюционное достижение (ароморфоз) впервые появляется третий слой (мезодерма) и системы органов (пищеварительная, выделительная, половая, нервная) Круглые черви черви (белая сосальщики аскарида, сосальщик), нематода черви (бычий Кольчатые черви многощетинковые острица, (нереида), малощетинковые (дождевой червь), пиявки впервые появляется анальное отверстие впервые (сквозная замкнутая пищеварительная система система) Полость тела (промежуток между отсутствует (заполнена рыхлой первичная кожно-мускульным тканью паренхимой) жидкостью) мешком и кишечником) (заполнена появляется кровеносная вторичная , целом (заполнена мешками с жидкостью) Пищеварительная система замкнутая, непереваренные сквозная (проходная) остатки выделяются через рот сквозная (проходная) Кровеносная система нет замкнутая нет три (продольные, поперечные, один (продольные) косые) Слои мышц Строение (симметрия двусторонняя) у Нервная система Размножение тела тело листовидной всех лентовидной формы и тело покрыто плотным тело состоит из отдельных или покровом сегментов, органы (многослойной движения – параподии кутикулой) или щетинки нервные нервные стволы, соединенные соединенные перемычками перемычками гермафродиты два (продольные кольцевые) стволы, раздельнополые брюшная цепочка нервная многощетинковые раздельнополые, малощетинковые и пиявки – гермафродиты Паразитические черви Приспособления червей к паразитическому образу жизни: 1) жизненный цикл со сменой хозяев 2) большое количество яиц 3) плотная кутикула 4) присоски, крючки 5) упрощение нервной системы и органов чувств 6) отсутствие пищеварительной системы (у цепней) Печеночный сосальщик (тип плоские черви, класс сосальщики) Длина 3-5 см. Живет в печени человека (или скота), питается печенью и кровью. Яйца червя выходят из окончательного хозяина с калом, попадают в воду, там из них вылупляется личинка, покрытая ресничками, она внедряется в промежуточного хозяина – улитку малого прудовика. Из прудовика выходят личинки с хвостом, они плавают в воде, прикрепляются к прибрежной траве. Заразиться можно, выпив некипяченой воды или пожевав травинку. Бычий и свиной цепень (тип плоские черви, класс ленточные черви) Длина – несколько метров. Живут в тонком кишечнике человека (окончательный хозяин), прикрепляются к кишке с помощью крючьев или присосок. Питаются содержимым кишечника (не имеют собственной пищеварительной системы, всасывают пищу поверхностью тела). Яйца выходят с калом, съедаются коровами/свиньями. Это промежуточные хозяева, в их кишечнике личинки проникают в кровеносные сосуды, разносятся по организму и остаются в мясе в виде финн. Заразиться можно, поев непрожаренного мяса. Аскарида (тип круглые черви, класс нематоды) Длина 20-30 см. Живет в тонком кишечнике человека, не прикрепляется (ползет навстречу пище). Питается содержимым кишечника. Промежуточного хозяина нет. Яйца выходят с калом, они должны пройти кислородное дозревание (полежать на воздухе две недели). Заражение – фекально-оральное (грязные руки, грязные овощи-фрукты, мухи). Из яиц в кишечнике вылупляется личинка, проникает в кровеносные капилляры, доносится до легких, выходит из капилляров в альвеолы, отхаркивается, в глотке проглатывается, снова попадает в желудок, затем в кишечник, там вырастает в червя. Острица (тип круглые черви, класс нематоды) Длина самок 10 мм. Живут в толстом кишечнике человека, питаются живущими там бактериями. Самки остриц по ночам откладывают яйца вокруг ануса человека, вызывая острый зуд (главный симптом энтеробиоза). Человек чешется, яйца остаются у него под ногтями, оттуда они переносятся на вещи. Срок «кислородного дозревания» яиц – 4-6 часов. Заражение фекально-оральное (грязные руки, мухи, погрыз ногтей) и аспирационное (вдыхание яиц с пылью). Острицы живут 3-4 недели, поэтому для поддержания болезни требуется постоянное самозаражение. Энтеробиоз – самый распространенный гельминтоз в мире. Членистоногие Общие признаки 1) Сегментированное тело, членистые конечности. 2) Хитиновый покров. 3) Кровеносная система незамкнутая, сердечная трубка на спинной стороне. 4) Окологлоточное нервное кольцо и брюшная нервная цепочка. Отличия 1) Отделы тела: у раков и пауков – головогрудь и брюшко, у насекомых – голова, грудь и брюшко. 2) Ноги: у раков может быть разное количество (у речного рака 10), у пауков 8 (4 пары), у насекомых 6 (3 пары). 3) Крылья есть только у насекомых, 2 пары, расположены на груди. 4) Глаза: у раков сложные, фасеточные (состоящие из множества простых глазков), у пауков простые, у насекомых простые и сложные. 5) Усы: у раков 2 пары, у пауков нет, у насекомых 1 пара. 6) Дыхательная и кровеносная системы: Раки дышат жабрами, кислород от жабр ко всем органам тела разносится кровью, поэтому кровеносная система развита хорошо Насекомые дышат трахеями: тонкими трубками, по которым воздух доходит до каждой клетки тела. Кровь не переносит кислород, поэтому кровеносная система развита слабо (кровь переносит питательные вещества, продукты обмена, гормоны и т.п.) Пауки дышат легкими и трахеями, кровеносная система развита средне. 7) Выделительная система: метанефридии (зеленые железы) и мальпигиевы сосуды, у раков только метанефридии. У всех насекомых развитие непрямое (с метаморфозом, с превращением). Превращение может быть полное и неполное. Полное: яйцо, личинка, куколка, взрослое насекомое. Характерно для бабочек (чешуекрылых), жуков (жесткокрылых), комаров и мух (двукрылых), пчел (перепончатокрылых) и т.д. Неполное: яйцо, личинка, взрослое насекомое (отсутствует стадия куколки). Характерно для кузнечиков и саранчи (прямокрылых), клопов. Тип Моллюски Тело моллюсков состоит из трёх отделов: головы (у двустворчатых отсутствует), ноги и туловища. От основания туловища отходит мантия, между мантией и телом находится мантийная полость. Мантия наружу от себя откладывает минеральную раковину (наружный скелет). Тело двустороннесимметричное, несегментированное. Полость тела вторичная (целом). Обитают в воде, кроме некоторых брюхоногих. Дышат жабрами, наземные брюхоногие дышат легким (внутренней стенкой мантии). Кровеносная система незамкнутая (кроме головоногих). Развитие у головоногих прямое, у двустворчатых непрямое (имеется личинка), а у брюхоногих у наземных форм прямое, а у водных – непрямое. Классы Двустворчатые – пресноводные: беззубка, перловица, морские: мидия, устрица. Раковина состоит из двух створок. Питаются, фильтруя воду. Брюхоногие – наземные: виноградная улитка, голый слизень, водные: большой прудовик, катушка. Питаются, соскабливая растительные клетки с помощью тёрки (радулы). Головоногие – осьминоги, каракатицы. Хищники, разрывают добычу хитиновым «клювом», имеют хорошо развитую нервную систему. Обзор подтипа Позвоночных Костные рыбы Земноводные (лягушки и тритоны) Голая, покрыта слизью (слизь Кожа покрыта чешуёй увлажняет кожу, чтобы кожа могла дышать) Дышат жабрами Млекопи-тающие (звери) Птицы Сухая, без желез, Мешко-видными (примитивными) легкими и кожей Сердце двухкамерное Пресмыка-ющиеся (ящерицы, змеи, черепахи, крокодилы) покрыта роговой чешуёй покрыта перьями Имеет железы, покрыта шерстью (волосяной покров) Ячеистыми Губчатыми Альвео-лярными легкими Трехкамерное с неполной перегородкой Трехкамерное Холоднокровные (температура тела зависит от температуры окружающей среды) Оплодотворение наружное (происходит в воде) Четырехкамерное (полное разделение артериальной и венозной крови) Теплокровные (температура тела постоянная, сохраняют активность независимо от температуры окружающей среды) Внутреннее (происходит внутри организма матери) Развитие происходит в водной среде. Происходит внутри яйца, Из яйца выходит личинка с жабрами и боковой линией (головастик). покрытого кожистой (пергаментной) оболочкой. Первые полностью наземные животные, т.к. развитие не связано с водой. покрытого скорлуповой оболочкой Происходит внутри тела матери в специальном органе матке, внутри которой имеется плацента. Дополнительно Земноводные: нет грудной клетки, есть один шейный позвонок. головастик похож на рыбу (ног нет, дышит жабрами, двухкамерное сердце, боковая линия). Головастик может развиваться только в воде, поэтому земноводных нельзя считать полностью сухопутными животными. Пресмыкающиеся – первые полностью сухопутные Птицы: имеют киль для прикрепления летательных мышц. лёгкость: кости полые, нет мочевого пузыря, один яичник. двойное дыхание удваивает поступление кислорода. животные. Млекопитающие: выкармливают детенышей молоком (имеются молочные железы). имеется диафрагма (мышца, граница между грудной и брюшной полостью). дифференцированные (разные) зубы – резцы, клыки, коренные. хорошее развитие головного мозга, сложное поведение.