Plan predavanja:

1. Relevantnost biološkog znanja u savremenom svijetu. Mesto opšte biologije u sistemu bioloških nauka.

2. Metode proučavanja.

3. Koncept "života" i svojstva živog.

4. Nivoi organizacije života.

5. Praktična vrijednost biologije.

1. Relevantnost biološkog znanja u savremenom svijetu.

BIOLOGIJA je nauka o životu u svim njegovim manifestacijama i obrascima koji upravljaju živom prirodom. Njegovo ime je proizašlo iz kombinacije dvije grčke riječi: BIOS - život, LOGOS - učenje. Ova nauka proučava sve žive organizme.

Termin "biologija" je u naučni opticaj uveo francuski naučnik J. B. Lamarck 1802. godine. Predmet biologije su živi organizmi (biljke, životinje, gljive, bakterije), njihova struktura, funkcije, razvoj, porijeklo, odnos sa okolinom.

U organskom svijetu razlikuje se 5 carstava: bakterije (trava), biljke, životinje, gljive, virusi. Ove žive organizme proučavaju nauke: bakteriologija i mikrobiologija, botanika, zoologija, mikologija, virologija. Svaka od ovih nauka je podeljena na sekcije. Na primjer, zoologija uključuje entomologiju, teriologiju, ornitologiju, ihtiologiju i dr. Svaka grupa životinja se proučava po planu: anatomija, morfologija, histologija, zoogeografija, etologija itd. Pored ovih sekcija mogu se imenovati: biofizika, biohemija, biometrija, citologija, histologija, genetika, ekolozi, oplemenjivanje, svemirska biologija, genetski inženjering i mnoge druge.

Dakle, moderna biologija je kompleks nauka koje proučavaju živa bića.

Ali ova diferencijacija bi dovela nauku u ćorsokak da nije bilo integrirajuće nauke - opšta biologija. Objedinjuje sve biološke nauke na teorijskom i praktičnom nivou.

· Šta proučava opšta biologija?

Opšta biologija proučava obrasce života na svim nivoima njegove organizacije, mehanizme bioloških procesa i pojava, načine razvoja organskog svijeta i njegovu racionalnu upotrebu.

· Šta može ujediniti sve biološke nauke?

Opća biologija igra objedinjujuću ulogu u sistemu znanja o divljini, budući da sistematizira prethodno proučavane činjenice, čija ukupnost omogućava identifikaciju glavnih obrazaca organskog svijeta.

· Koja je svrha opće biologije?

Sprovođenje razumnog korišćenja, zaštite i reprodukcije prirode.

2. Metode izučavanja biologije.

Glavne metode biologije su:

posmatranje(omogućava vam da opišete biološke fenomene),

poređenje(omogućava pronalaženje zajedničkih obrazaca u strukturi, životu različitih organizama),

eksperiment ili iskustvo (pomaže istraživaču da proučava svojstva bioloških objekata),

modeliranje(imitiraju se mnogi procesi koji su nedostupni za direktno posmatranje ili eksperimentalnu reprodukciju),

istorijski metod (omogućava da se na osnovu podataka o savremenom organskom svijetu i njegovoj prošlosti upoznaju procesi razvoja žive prirode).

Opća biologija koristi metode drugih nauka i složene metode koje vam omogućavaju proučavanje i rješavanje zadataka.

1. PALEONTOLOŠKA metoda, ili morfološka metoda proučavanja. Duboka unutrašnja sličnost organizama može pokazati odnos upoređenih oblika (homologija, analogija organa, rudimentarni organi i atavizmi).

2. KOMPARATIVNO - EIBRIOLOŠKA - identifikacija sličnosti zametne linije, rad K. Baera, princip rekapitulacije.

3. COMPLEX - metoda trostrukog paralelizma.

4. BIOGEOGRAFSKI - omogućava vam da analizirate opći tok evolucijskog procesa na različitim skalama (poređenje flore i faune, karakteristike distribucije bliskih oblika, proučavanje reliktnih oblika).

5. POPULACIJA - omogućava vam da uhvatite pravac prirodne selekcije promjenom distribucije vrijednosti osobina u populacijama u različitim fazama njenog postojanja ili prilikom poređenja različitih populacija.

6. IMUNOLOŠKI - omogućava sa visokim stepenom tačnosti identifikaciju "krvnog srodstva" različitih grupa.

7. GENETIČKI - omogućava vam da odredite genetsku kompatibilnost upoređenih oblika, a samim tim i da odredite stepen srodstva.

Ne postoji jedinstvena "apsolutna" ili savršena metoda. Preporučljivo ih je koristiti u kombinaciji, jer su komplementarni.

3. Koncept "života" i svojstva živog.

šta je život?
Jednu od definicija prije više od 100 godina dao je F. Engels: “Život je način postojanja proteinskih tijela, neophodan uvjet za život je stalni metabolizam čijim prestankom život također prestaje.”

Prema savremenim shvatanjima, život je način postojanja otvorenih koloidnih sistema koji imaju svojstva samoregulacije, razmnožavanja i razvoja na osnovu geohemijske interakcije proteina, nukleinskih kiselina i drugih jedinjenja usled transformacije supstanci i energije iz spoljašnje okruženje.

Život nastaje i nastavlja se u obliku visoko organizovanih integralnih bioloških sistema. Biosistemi su organizmi, njihove strukturne jedinice (ćelije, molekuli), vrste, populacije, biogeocenoze i biosfera.

Živi sistemi imaju niz zajedničkih svojstava i karakteristika koje ih razlikuju od nežive prirode.

1. Svi biosistemi su okarakterisani visoka urednost, koji se može održati samo zahvaljujući procesima koji se u njima odvijaju. Sastav svih biosistema koji leže iznad molekularnog nivoa obuhvata određene elemente (98% hemijskog sastava otpada na 4 elementa: ugljenik, kiseonik, vodonik, azot, a u ukupnoj masi supstanci glavni udeo je voda - najmanje 70 - 85%). Uređenost ćelije očituje se u tome što je karakterizira određeni skup ćelijskih komponenti, a uređenost biogeocenoze je u tome što uključuje određene funkcionalne grupe organizama i neživu okolinu koja je s njima povezana.
2. Struktura ćelije: Svi živi organizmi imaju ćelijsku strukturu, osim virusa.

3. Metabolizam. Svi živi organizmi su sposobni da razmjenjuju tvari sa okolinom, apsorbiraju iz nje tvari neophodne za ishranu i disanje i oslobađaju otpadne proizvode. Smisao biotičkih ciklusa je transformacija molekula koji osiguravaju postojanost unutrašnjeg okruženja organizma, a samim tim i kontinuitet njegovog funkcionisanja u uslovima sredine koja se stalno menja (održavanje homeostaze).
4. Reprodukcija, ili samoreprodukcija, - sposobnost živih sistema da reprodukuju svoju vrstu. Ovaj proces se odvija na svim nivoima organizacije života;
a) Replikacija DNK - na molekularnom nivou;
b) udvostručavanje plastida, centriola, mitohondrija u ćeliji - na subćelijskom nivou;
c) ćelijska dioba mitozom - na ćelijskom nivou;
d) održavanje postojanosti ćelijskog sastava zbog reprodukcije pojedinačnih ćelija - na nivou tkiva;
e) na nivou organizma, reprodukcija se manifestuje u obliku aseksualnog razmnožavanja jedinki (povećanje broja potomaka i kontinuitet generacija ostvaruje se zbog mitotičke deobe somatskih ćelija) ili polne reprodukcije (povećavanje broj potomaka i kontinuitet generacija obezbeđuju zametne ćelije – gamete).
5. Nasljednost je sposobnost organizama da svoje karakteristike, svojstva i razvojne karakteristike prenose s generacije na generaciju. .
6. Varijabilnost- to je sposobnost organizama da steknu nove znakove i svojstva; zasniva se na promjenama u biološkim matricama - molekulima DNK.
7. Rast i razvoj. Rast je proces koji rezultira promjenom veličine organizma (zbog rasta i diobe stanica). Razvoj je proces koji rezultira kvalitativnom promjenom u organizmu. Pod razvojem žive prirode - evolucija se podrazumijeva kao nepovratna, usmjerena, redovita promjena objekata žive prirode, koja je praćena stjecanjem adaptacije (adaptacije), pojavom novih vrsta i izumiranjem već postojećih oblika. Razvoj živog oblika postojanja materije predstavljen je individualnim razvojem, ili ontogenezom, i istorijskim razvojem, ili filogenijom.
8. Fitness. Ovo je korespondencija između karakteristika biosistema i svojstava okoline sa kojom su u interakciji. Kondiciju se ne može postići jednom za svagda, budući da se okruženje konstantno menja (uključujući i uticaj biosistema i njihove evolucije). Stoga su svi živi sistemi u stanju odgovoriti na promjene okoliša i razviti adaptacije na mnoge od njih. Dugoročne adaptacije biosistema provode se zbog njihove evolucije. Kratkotrajne adaptacije ćelija i organizama omogućavaju se zbog njihove razdražljivosti.
9 . Razdražljivost. Sposobnost živih organizama da selektivno reaguju na vanjske ili unutrašnje utjecaje. Reakcija višećelijskih životinja na iritaciju odvija se kroz nervni sistem i naziva se refleks. Organizmi koji nemaju nervni sistem također su lišeni refleksa. U takvim organizmima reakcija na iritaciju se odvija u različitim oblicima:
a) taksiji su usmjereni pokreti tijela prema stimulusu (pozitivni taksiji) ili dalje od njega (negativni). Na primjer, fototaksija je kretanje prema svjetlu. Postoje i hemotakse, termotakse itd.;
b) tropizmi - usmereni rast delova biljnog organizma u odnosu na stimulans (geotropizam - rast korenovog sistema biljke prema centru planete; heliotropizam - rast sistema izdanaka prema Suncu, protiv gravitacija);
c) nastia - pomeranje delova biljke u odnosu na stimulus (pomeranje listova tokom dana u zavisnosti od položaja Sunca na nebu ili, na primer, otvaranja i zatvaranja vjenčića cveta).
10 . Diskretnost (podjela na dijelove). Zaseban organizam ili drugi biološki sistem (vrsta, biocenoza itd.) sastoji se od zasebnih izolovanih, odnosno izolovanih ili omeđenih u prostoru, ali, ipak, međusobno povezanih i u interakciji, čineći strukturno i funkcionalno jedinstvo. Ćelije se sastoje od pojedinačnih organela, tkiva - od ćelija, organa - od tkiva itd. Ovo svojstvo omogućava zamjenu dijela bez zaustavljanja funkcionisanja cijelog sistema i mogućnost specijalizacije različitih dijelova za različite funkcije.
11. Autoregulacija- sposobnost živih organizama koji žive u uslovima sredine koja se stalno menjaju da održavaju konstantnost svog hemijskog sastava i intenzitet toka fizioloških procesa - homeostazu. Samoregulacija se obezbjeđuje djelovanjem regulatornih sistema - nervnog, endokrinog, imunološkog itd. U biološkim sistemima na supraorganizmskom nivou samoregulacija se vrši na osnovu međuorganskih i međupopulacijskih odnosa.
12 . Ritam. U biologiji se pod ritamom podrazumijeva periodične promjene intenziteta fizioloških funkcija i procesa oblikovanja s različitim periodima kolebanja (od nekoliko sekundi do godine i stoljeća).
Ritam ima za cilj usklađivanje funkcija organizma sa okolinom, odnosno prilagođavanje periodično promenljivim uslovima postojanja.
13. Energetska zavisnost.Živa tijela su sistemi koji su "otvoreni" za ulazak energije. Pod „otvorenim“ sistemima podrazumevaju se dinamički, odnosno sistemi koji nisu u stanju mirovanja, stabilni samo pod uslovom neprekidnog pristupa njima energije i materije izvana. Dakle, živi organizmi postoje sve dok primaju energiju u obliku hrane iz okoline.

14. Integritet- živa materija je organizovana na određeni način, podložna nizu specifičnih zakona koji su za nju karakteristični.

4. Nivoi organizacije žive materije.

U svoj raznolikosti žive prirode može se izdvojiti nekoliko nivoa organizacije živih bića.Gledanje edukativnog filma "Nivoi organizacije živih" i na osnovu njega sastavljanje kratkog referentnog sažetka.

1. Molekularno.Svaki živi sistem, ma koliko složen bio organizovan, sastoji se od bioloških makromolekula: nukleinskih kiselina, proteina, polisaharidi, kao i druge važne organske materije. Od ovog nivoa počinju različiti procesi vitalne aktivnosti organizma: metabolizam i pretvorba energije, prijenos nasljednih informacija itd.

2. Cellular.Cell - strukturna i funkcionalna jedinica, kao i jedinica razvoja svih živih organizama koji žive na Zemlji. Na ćelijskom nivou, prijenos informacija i transformacija supstanci i energije su konjugirani.

5. Biogeocenotski. Biogeocenoza - skup organizama različitih vrsta i različite složenosti organizacije sa faktorima njihovog staništa. U procesu zajedničkog istorijskog razvoja organizama različitih sistematskih grupa formiraju se dinamične, stabilne zajednice.

6. Biosferski.Biosfera - totalitet svega biogeocenoze, sistem koji pokriva sve pojave života na našoj planeti. Na ovom nivou dolazi do cirkulacije supstanci i transformacije energije povezane sa vitalnom aktivnošću svih živih organizama.

5. Praktična vrijednost opće biologije.

o U BIOTEHNOLOGIJI - biosinteza proteina, sinteza antibiotika, vitamina, hormona.

o U POLJOPRIVREDI - selekcija visokoproduktivnih rasa životinja i biljnih sorti.

o U SELEKCIJI MIKROORGANIZAMA.

o U ZAŠTITI PRIRODE - razvoj i primjena metoda racionalnog i opreznog upravljanja prirodom.

Test pitanja:

1. Definišite biologiju. Ko je predložio ovaj termin?

2. Zašto se moderna biologija smatra kompleksnom naukom? Od kojih se podjela sastoji moderna biologija?

3. Koje se posebne nauke mogu razlikovati u biologiji? Dajte im kratak opis.

4. Koje metode istraživanja se koriste u biologiji?

5. Dajte definiciju "života".

6. Zašto se živi organizmi nazivaju otvorenim sistemima?

7. Navedite glavna svojstva živih bića.

8. Po čemu se živi organizmi razlikuju od neživih tijela?

9. Koji nivoi organizacije su karakteristični za živu materiju?

Šta je nauka o biologiji? Jednostavno rečeno, to je proučavanje života u svoj njegovoj raznolikosti i veličini. Od mikroskopskih algi i bakterija do divovskih slonova i divovskih plavih kitova, život na našoj planeti je nevjerovatno raznolik. Uzimajući ovo u obzir, gdje da pozajmimo ono što je živo? Koje su glavne karakteristike života? Sve su ovo veoma važna pitanja sa jednako važnim odgovorima!

Karakteristike života

Živa bića uključuju i vidljivi i nevidljivi svijet bakterija i virusa. Na osnovnom nivou, možemo reći da je život uređen. Organizmi imaju izuzetno složenu organizaciju. Svi smo upoznati sa zamršenim sistemima glavne ćelije.

Život može "raditi". Uvešću ne svakodnevni raznovrsni rad, već održavanje metaboličkih procesa, dobijanjem energije u vidu hrane iz okoline.

Život raste i razvija se. To znači više od samog kopiranja ili promjene veličine. Živi organizmi također imaju sposobnost oporavka od određenih vrsta oštećenja.

Život se može igrati. Jeste li ikada vidjeli kako se blato ili kamenje množe? Najvjerovatnije ne! Život može doći samo od drugih živih bića.

Život može da reaguje. Razmislite o tome kada ste zadnji put udarili u dio svog tijela. Skoro odmah slijedi bolna reakcija. Život karakterizira reakcija na različite podražaje i vanjske podražaje.

konačno, život se može prilagoditi i odgovoriti zahtjevima okoline.

Postoje tri glavne vrste adaptacija koje se mogu javiti u višim organizmima:

• Reverzibilne promjene se javljaju kao odgovor na promjene u okruženju. Pretpostavimo da živite blizu nivoa mora i putujete u planinsko područje. Možda ćete početi osjećati poteškoće s disanjem i povećanje broja otkucaja srca kao rezultat promjene nadmorske visine. Ovi simptomi nestaju kada se vratite na nivo mora.
• Somatske promjene nastaju kao rezultat kontinuiranih promjena u okolini. Koristeći prethodni primjer, ako dugo boravite u planinskom području, primijetit ćete da će vam otkucaji srca početi usporavati i da ćete početi normalno disati. Somatske promjene su također reverzibilne.
• Konačna vrsta adaptacije naziva se genotipska (uzrokovana genetskom mutacijom). Ove promjene se javljaju u genetskom sastavu organizma i nisu reverzibilne. Primjer je razvoj otpornosti na pesticide kod insekata i pauka.

Tako je život organiziran, „radi“, raste, razmnožava se, odgovara na podražaje i prilagođava se. Ove karakteristike su u osnovi proučavanja nauke opšte biologije.

Osnovni principi moderne biologije

Osnova nauke o biologiji koja danas postoji zasniva se na pet osnovnih principa. To su ćelijska teorija, teorija gena, evolucija, homeostaza i zakoni termodinamike.

• : Svi živi organizmi se sastoje od ćelija. je osnovna jedinica života.
• : osobine se nasljeđuju transferom gena. nalaze se na i sastoje se od DNK.
• : bilo koji u populaciji koja se nasljeđuje kroz nekoliko generacija. Ove promjene mogu biti male ili velike, primjetne ili ne tako uočljive.
• : sposobnost održavanja konstantnog unutrašnjeg okruženja kao odgovor na promjene okoline.
• O: Energija je konstantna i konverzija energije nije potpuno efikasna.

Sekcije biologije

Područje biologije je veoma široko i može se podijeliti na nekoliko disciplina. U najopštijem smislu, ove discipline su klasifikovane prema vrsti organizma koji se proučava. Na primjer, proučava životinje, botanika proučava biljke, a mikrobiologija proučava mikroorganizme. Ova istraživačka područja se također mogu podijeliti na nekoliko specijaliziranih poddisciplina. Neki od njih uključuju anatomiju, genetiku i fiziologiju.

Opća biologija proučava osnovne obrasce životnih pojava koje se javljaju na različitim nivoima organizacije živog. Razmatranje organizacije žive materije počinje razjašnjavanjem strukture i svojstava složenih organskih molekula. Ćelije višećelijskih organizama su dio tkiva, dva ili više tkiva čine organ. Višećelijski organizam složene strukture, koji u svom sastavu ima tkiva i organe, istovremeno je i elementarna jedinica biološke vrste. Vrste u interakciji formiraju zajednicu ili ekološki sistem, koji je, zauzvrat, jedna od komponenti biosfere.

Shodno tome, razlikuje se nekoliko nivoa organizacije žive materije.

1. Molekularno. Svaki živi sistem, ma koliko složen bio organizovan, manifestuje se na nivou funkcionisanja bioloških makromolekula – biopolimera: nukleinskih kiselina, proteina, polisaharida i drugih važnih organskih supstanci. Sa ovog nivoa počinju najvažniji procesi života organizma: metabolizam i pretvorba energije, prijenos nasljednih informacija i sl.

2. Cellular. Ćelija je strukturna i funkcionalna jedinica, kao i jedinica razvoja svih živih organizama koji žive na Zemlji. Ne postoje slobodni neklinički oblici života.

3. Fabric. Tkivo je skup ćelija slične strukture, ujedinjenih obavljanjem zajedničke funkcije.

4. Orgulje. Organi su strukturne i funkcionalne asocijacije nekoliko vrsta tkiva. Na primjer, ljudska koža je kao druga supstanca. Kao rezultat niza složenih hemijskih transformacija, supstance iz okoline se upodobljavaju sa supstancama živog organizma i od njih se gradi njegovo telo. Ovi procesi se nazivaju asimilacija ili plastična razmjena.

5. Organski. Višećelijski organizam je integralni sistem organa specijalizovan za obavljanje različitih funkcija.

6. Populacija-vrsta. Skup organizama iste vrste, ujedinjenih zajedničkim kućištem, stvara populaciju kao sistem poretka superorganizama. U ovom sistemu se provode jednostavne, elementarne evolucione transformacije.

7. Biogeocenotika. Biogeocenoza - skup organizama različitih vrsta i organizacija različite složenosti sa svim faktorima životne sredine.

Navedimo neke primjere. Biljke sa ugljičnim dioksidom i vodom sintetiziraju složena organska jedinjenja - ugljikohidrate (škrob i celulozu), koji se koriste kao rezervni nutrijenti i građevinski materijal. Protein kokošjeg jajeta u ljudskom tijelu prolazi kroz niz složenih transformacija prije nego što se pretvori u proteine ​​karakteristične za tijelo - hemoglobin, keratin ili bilo koji drugi.

Druga strana metabolizma su procesi disimilacije, uslijed kojih se složena organska jedinjenja razlažu na jednostavna, pri čemu se gubi njihova sličnost sa tvarima tijela i oslobađa se energija potrebna za reakcije biosinteze. Stoga se disimilacija naziva i energetskim metabolizmom.

Metabolizam osigurava postojanost hemijskog sastava i strukture svih dijelova tijela i, kao rezultat, postojanost njihovog funkcioniranja u stalno promjenjivim uvjetima okoline.

Samoreprodukcija (reprodukcija). Kada se živi organizmi razmnožavaju, potomci obično liče na svoje roditelje: mačke razmnožavaju mačiće, psi razmnožavaju štence. Iz sjemenki maslačka ponovo raste maslačak. Podjela jednoćelijskog organizma - amebe - dovodi do stvaranja dvije amebe, potpuno slične matičnoj ćeliji. Dakle, reprodukcija je svojstvo organizama da reprodukuju svoju vrstu.

Šta je u osnovi procesa samoreprodukcije? Obratimo pažnju na činjenicu da se ovaj proces odvija praktično na svim nivoima organizacije žive materije. Zahvaljujući razmnožavanju, ne samo celi organizmi, već i ćelije, ćelijske organele (mitohondrije, plastidi itd.) nakon deobe su slične svojim prethodnicima. Od jednog molekula DNK - deoksiribonukleinske kiseline - kada se udvostruči, formiraju se dvije kćerke molekule, koje u potpunosti ponavljaju početni.

Samoreprodukcija se zasniva na reakcijama sinteze matriksa, odnosno formiranju novih molekula i struktura na osnovu informacija sadržanih u nizu jezgara DNK. Shodno tome, samoreprodukcija je jedno od glavnih svojstava živih, usko povezano s fenomenom nasljeđa.

Nasljednost. Sastoji se u sposobnosti organizama da prenose svoje karakteristike, svojstva i karakteristike razvoja s generacije na generaciju. To je zbog stabilnosti, odnosno postojanosti strukture molekula DNK.

Varijabilnost. Čini se da je ovo svojstvo suprotno naslijeđu, ali je istovremeno usko povezano s njim, jer se u ovom slučaju mijenjaju nasljedne sklonosti - geni koji određuju razvoj određenih osobina. Kada bi se reprodukcija matrica - molekula DNK - uvijek odvijala s apsolutnom točnošću, tada bi se tokom reprodukcije organizama provodio kontinuitet samo već postojećih karaktera, a prilagođavanje vrsta na promjenjive uvjete okoline bilo bi nemoguće. Shodno tome, varijabilnost je sposobnost organizama da steknu nova svojstva i svojstva, koja se zasniva na promjenama bioloških matrica.

Promjenjivost stvara raznolik materijal za prirodnu selekciju, odnosno selekciju najvezanijih jedinki za specifične uvjete postojanja u prirodnim uvjetima, što, zauzvrat, dovodi do pojave novih oblika života, novih vrsta organizama.

Rast i razvoj. Sposobnost razvoja je univerzalno svojstvo materije. Razvoj se shvaća kao nepovratna usmjerena redovita promjena objekata žive i nežive prirode. Kao rezultat razvoja, nastaje novo kvalitativno stanje objekta, uslijed čega se mijenja njegov sastav ili struktura. Razvoj živog oblika postojanja materije predstavljen je individualnim razvojem, ili ontogenezom, i istorijskim razvojem, ili filogenijom.

Tokom ontogeneze, individualna svojstva organizama se postepeno i dosledno manifestuju. Razvoj je praćen rastom. Bez obzira na način razmnožavanja, sve jedinke kćeri nastale iz jedne zigote ili spore, bubrega ili ćelije, nasljeđuju samo genetske informacije, odnosno sposobnost pokazivanja određenih znakova.

U procesu razvoja nastaje specifična strukturna organizacija pojedinca, a povećanje njegove mase nastaje zbog reprodukcije makromolekula, elementarnih struktura ćelija i samih ćelija. Filogenija, ili evolucija, je nepovratan i usmjeren razvoj žive prirode, praćen stvaranjem novih vrsta i progresivnim usložnjavanjem života. Rezultat evolucije je raznolikost živih organizama na Zemlji.

Iritacija. Svaki organizam je neraskidivo povezan sa okolinom: iz nje izvlači hranljive materije, izložen je nepovoljnim faktorima okoline, stupa u interakciju sa drugim organizmima i slično. U procesu evolucije, živi organizmi su razvili i učvrstili svojstva selektivnog reagiranja na vanjske utjecaje. Ovo svojstvo se naziva iritacija. Svaka promjena uslova okoline u odnosu na tijelo je iritacija, a njegova reakcija na vanjske podražaje pokazatelj je njegove osjetljivosti i manifestacija iritacije.

Reakcija višećelijskih životinja na iritaciju odvija se uz pomoć nervnog sistema i naziva se refleks.

Organizmi koji nemaju nervni sistem, kao što su protozoe ili biljke, nemaju reflekse. njihove reakcije, izražene u promjeni prirode kretanja ili rasta, obično se nazivaju taksi ili tropizmi, dodajući naziv stimulusa njihovoj oznaci. Na primjer, fototaksija je kretanje prema svjetlu; hemotaksija - kretanje organizma u odnosu na koncentraciju hemikalija. Svaka vrsta taksija može biti pozitivna ili negativna, ovisno o tome da li stimulans djeluje na organizam na privlačan ili odbojan način.

Pod tropizmom se podrazumijeva specifična priroda rasta, koja je karakteristična za biljke. Dakle, heliotropizam (od grčkog helios - Sunce) označava rast nadzemnih dijelova biljaka (stabljike, listova) prema Suncu, a geotropizam (od grčkog geos - Zemlja) - rast podzemnih dijelova (korijena). ) prema centru Zemlje.

8. Diskretnost (od lat. discretus - isprekidan, podijeljen). Diskretnost je univerzalno svojstvo materije. Dakle, iz kursa fizike i opšte hemije poznato je da se svaki atom sastoji od elementarnih čestica, da atomi formiraju molekul. Jednostavni molekuli su dio složenih spojeva ili kristala i slično. Život na Zemlji se takođe manifestuje u diskretnim oblicima. To znači da se poseban organizam ili drugi biološki sistem (vrsta, biocenoza itd.) sastoji od zasebnih izolovanih, odnosno izolovanih ili omeđenih u prostoru, ali ipak blisko povezanih i međusobno povezanih delova, stvarajući strukturno i funkcionalno jedinstvo. Na primjer, bilo koja vrsta organizama uključuje pojedinačne jedinke. Tijelo visoko organiziranog pojedinca formira prostorno omeđene organe, koji se pak sastoje od pojedinačnih ćelija. Energetski aparat ćelije predstavljen je pojedinačnim mitohondrijima, aparat sinteze proteina predstavljen je ribozomima itd. do makromolekula, od kojih svaka može obavljati svoju funkciju samo ako je prostorno izolirana od ostalih. Diskretnost strukture tijela je osnova njegovog strukturnog poretka, stvara mogućnost njegovog stalnog samoobnavljanja zamjenom strukturnih elemenata (molekula, enzima, ćelijskih organela, cijelih ćelija) koji se „istroše“ bez prestanka rada. izvršena funkcija. Diskretnost vrste predodređuje mogućnost njene evolucije kroz smrt ili eliminaciju nepodobnih jedinki iz reprodukcije i očuvanje jedinki sa osobinama korisnim za opstanak.

9. Samoregulacija (autoregulacija). To je sposobnost živih organizama koji žive u uslovima životne sredine koji se stalno menjaju da održavaju konstantnost svog hemijskog sastava i intenzitet toka fizioloških procesa. Istovremeno, nedostatak unosa bilo kojih nutrijenata mobilizira unutrašnje resurse tijela, a višak uzrokuje skladištenje ovih tvari. Takve reakcije se odvijaju na različite načine zbog aktivnosti regulatornih sistema - nervnog i endokrinog. Signal za uključivanje jednog ili drugog regulatornog sistema može biti promjena koncentracije tvari ili stanja u sistemu.

Na primjer, smanjenje koncentracije ATP-a - univerzalnog akumulatora (akumulatora) energije u ćeliji - služi kao signal koji započinje proces njegove sinteze. Naprotiv, popunjavanje zaliha ATP-a zaustavlja intenzivnu sintezu ove supstance. Povećanje koncentracije glukoze u krvi dovodi do povećanja proizvodnje hormona gušterače - inzulina, što smanjuje sadržaj šećera u krvi. Smanjenje razine glukoze u krvi usporava oslobađanje hormona u krvotok. Smanjenje broja ćelija u tkivu (na primjer, kao rezultat ozljede) uzrokuje povećanu reprodukciju preostalih stanica; obnavljanje normalnog broja ćelija daje signal o prestanku intenzivne ćelijske diobe.

10. Ritam. Ovo svojstvo svojstveno je i živoj i neživoj prirodi. To je zbog raznih kosmičkih i planetarnih razloga: rotacije Zemlje oko Sunca, promjene godišnjih doba, mjesečevih faza i sl. Neživu prirodu karakterišu, na primjer, promjene osvjetljenja i temperature tokom godine i dana, oseke i oseke u morima i okeanima, kretanje vazdušnih masa – vjetrova i sl. Živi organizmi su također podložni vanjskim senzorima vremena, ali njihova reakcija je mnogo složenija od promjena u okolini.

Svuda u živoj i neživoj prirodi česti su oscilatorni procesi. Morske oseke, promjena dana i noći, mjesečeve faze, izmjena godišnjih doba, periodično povećanje sunčeve aktivnosti, ciklička priroda geoloških procesa, uključujući periodičnu promjenu kopna morem i mora kopnom - sve to su različiti oblici oscilatornih procesa. Periodične promjene u okolišu imaju dubok utjecaj na divlje životinje i vlastite ritmove živih organizama.

Ritam je ponavljanje istog stanja u različitim intervalima. U biologiji se pod ritamom podrazumijeva periodične promjene intenziteta fizioloških funkcija s različitim periodima fluktuacija (od nekoliko sekundi do godine i stoljeća). Dnevni ritmovi spavanja i budnosti kod ljudi su dobro poznati; sezonski ritmovi aktivnosti i hibernacije kod nekih sisara (zemlja, ježeva, medvjeda) i mnogih drugih.

Ritam je usmjeren na usklađivanje funkcija tijela sa okolinom, odnosno prilagođavanje uvjetima postojanja koji se stalno mijenjaju.

11. Energetska ovisnost. Živa tijela su "otvorena" za energiju sistema. Ovaj koncept je pozajmljen iz fizike. Pod „otvorenim“ podrazumevaju dinamičke, postoje sistemi koji ne miruju, stabilni samo pod uslovom stalnog pristupa njima energije i materije izvana. Dakle, živi organizmi postoje sve dok primaju energiju i materiju u obliku hrane iz okoline. Treba napomenuti da su živi organizmi, za razliku od objekata nežive prirode, odvojeni od okoline membranama (spoljna ćelijska membrana kod jednoćelijskih organizama, integumentarno tkivo kod višećelijskih organizama). Ove ljuske ometaju razmjenu tvari između organizma i vanjske sredine, minimiziraju gubitak supstanci i održavaju prostorno jedinstvo sistema.

Tako se živi organizmi oštro razlikuju od objekata fizike i hemije - neživih sistema - po svojoj izuzetnoj složenosti i visokom strukturnom i funkcionalnom redu. Ove razlike daju životu kvalitativno nova svojstva. Životi su posebna faza u razvoju materije.

Sada, nakon što smo se upoznali sa osnovnim svojstvima živih organizama, možemo formulirati definiciju pojma "život". Materijalističku definiciju života dao je F. Engels: “Život je način postojanja proteinskih tijela, a ovaj način postojanja sastoji se u svojoj suštini u stalnom samoobnavljanju kemijskih sastojaka ovih tijela.” Ovu definiciju dao je Engels prije više od 100 godina. Sadržao je dvije važne odredbe: 1) život je usko povezan sa proteinskim tijelima i 2) neophodan uvjet za život je stalni metabolizam čijim prestankom život također prestaje.

Dostignuća biologije našeg vremena omogućila su otkrivanje novih osobina karakterističnih za žive organizme i na osnovu toga dati detaljniju definiciju pojma "život". Jedna od ovih definicija pripada M. V. Volkenshteinu: "Živa tijela koja postoje na Zemlji su otvoreni samoregulirajući i samokreirajući sistemi izgrađeni od biopolimera - proteina i nukleinskih kiselina."

MINISTARSTVO PROSVETE I NAUKE

RUSKA FEDERACIJA

SAVEZNA DRŽAVNA BUDŽETSKA OBRAZOVNA INSTITUCIJA

VISOKO STRUČNO OBRAZOVANJE

"DRŽAVNI UNIVERZITET VYATKA"

Odsjek za biologiju

Zavod za mikrobiologiju

I.V. DARMOV

Opća biologija

Kurs predavanja

Tutorial

Odobren od strane uredničkog i izdavačkog odbora Metodološkog vijeća FGBOU VPO "Vyatka State University" kao udžbenik za studente smjera 020400.62 "Biologija" svih profila obuke

Recenzenti:

Vanredni profesor Odsjeka za biotehnologiju FGBOU VPO "Vyatka State University",

Kandidat bioloških nauka O. N. Šupletsova;

Glavni istraživač, Istraživački centar 33 Centralni istraživački institut Ministarstva odbrane Ruske Federacije, Kirov, doktor bioloških nauka, profesor V.B. Kalininsky

Darmov, I.V.

UDK 573(07)

Udžbenik je namijenjen studentima smjera 020400.62 "Biologija" svih profila obuke koji izučavaju disciplinu "Opšta biologija".

One. urednik E.V. Kaygorodtseva

© VyatSU, 2014

1. Biologija kao nauka. Svojstva živih sistema…………………………………4

2. Osnove citologije. Prokarioti……………………………………………………..17

3. Osnove citologije. Eukarioti. Komponente membrane …………….21

4. Osnove citologije. Eukarioti. Komponente bez membrane…………..29

5. Aseksualno razmnožavanje. Mitoza…………………………………………………………..34

6. Seksualna reprodukcija. Mejoza…………………………………………………………………43

7. Glavni obrasci naslijeđa………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………

8.Osnovni obrasci varijabilnosti………………………………………………………………………………………64

9. Biološka raznolikost………………………………………………………….79

Spisak korištenih izvora………………………………………………….105

Predavanje #1

Tema predavanja: Biologija kao nauka . Svojstva živih sistema.

Plan predavanja:

1. Biologija kao nauka

2. Metode biologije

3. Osnovni pojmovi biologije

4. Nivoi organizacije života

5. Osnovna svojstva živih sistema

6. Savremena definicija živog organizma i života

1. Biologija kao nauka

Biologija (gr. bios- život, logos- riječ, doktrina) - skup nauka o životu, o divljini. Predmet biologije - građu živih organizama, njihove funkcije, nastanak, razvoj, odnos sa okolinom. Uz fiziku, hemiju, astronomiju, geologiju itd. odnosi se na prirodne nauke.

Biologija je jedna od najstarijih nauka, iako se ovaj termin pojavio tek 1797. godine (njen autor je njemački profesor anatomije T. Ruz (1771-1803). Aristotel (384-322 pne) često se naziva "ocem biologije", koji pripada prvoj klasifikaciji životinja.

Šta su posebnosti biologija kao nauka?

1.1 Biologija usko povezan sa filozofijom. To je zbog činjenice da su od 3 fundamentalna problema prirodnih nauka 2 predmet bioloških istraživanja.

1. Problem nastanka Univerzuma, svemira, prirode uopšte (njome se bave fizika, astronomija).

2. Problem nastanka života, tj. živi od neživog.

3. Problem porekla Razuma i čoveka kao njegovog nosioca.

Rješenje ovih pitanja usko je povezano sa rješenjem fundamentalno pitanje filozofijeŠta je prvo - materija ili svest? Stoga značajno mjesto u biologiji zauzimaju filozofski aspekti.

1.2. Odnos biologije sa društvenim i etičkim pitanjima.

Socijalni darvinizam, na primjer, prenosi koncept "prirodne selekcije" na ljudsko društvo, razlike između klasa se objašnjavaju biološkim faktorima.

Drugi primjeri: rasizam, transplantacije organa, problem starenja.

1.3. duboko specijalizacija biologija.

Kao rezultat diferencijacije biologije prema predmetu proučavanja nastale su privatne biološke nauke: botanika, zoologija, mikrobiologija (bakteriologija, virologija, mikologija itd.).

Još jedna podjela bioloških nauka - po nivoima organizacije i svojstvima žive materije: genetika (nasljednost), citologija (ćelijski nivo), anatomija i fiziologija (građa i funkcioniranje organizama), ekologija (odnosi organizama sa okolinom) itd.

Kao rezultat integracija sa ostalim naukama su nastale: biohemija, biofizika, radiobiologija, svemirska biologija itd.

One. biologija je kompleks nauka, i opšta biologija bavi se proučavanjem najopštijih obrazaca strukture, života, razvoja, porijekla živih organizama. Glavno pitanje na koje opća biologija pokušava odgovoriti je šta je život?

1.4. Trenutno, biologija, dok ostaje teorijske osnove znanje o živim postaje direktno proizvodnu snagu , dovodi do novih tehnologija: biotehnologije, genetskog i ćelijskog inženjeringa, itd.

Dodatak za kandidate na univerzitetima
Autor Galkin.

Uvod.

Biologija je nauka o životu. Ovo je skup naučnih disciplina koje proučavaju živa bića. Dakle, predmet proučavanja biologije je život u svim njegovim manifestacijama. šta je život? Za sada nema potpunog odgovora na ovo pitanje. Od mnogih definicija ovog koncepta, evo najpopularnije. Život je poseban oblik postojanja i fizičko-hemijsko stanje proteinskih tijela, koje karakteriše zrcalna asimetrija aminokiselina i šećera, metabolizam, homeostaza, razdražljivost, samoreprodukcija, samoupravljanje sistemom, prilagodljivost okolini, samorazvoj , kretanje u prostoru, prenos informacija, fizička i funkcionalna diskretnost pojedinačnih jedinki ili društvenih konglomerata, kao i relativna nezavisnost nadorganizmskih sistema, sa opštim fizičkim i hemijskim jedinstvom žive materije biosfere.

Sistem bioloških disciplina uključuje pravac istraživanja sistematskih objekata: mikrobiologiju, zoologiju, botaniku, proučavanje čovjeka itd. Najšire obrasce koji otkrivaju suštinu života, njegove oblike i obrasce razvoja smatra opšta biologija. Ovo područje znanja tradicionalno uključuje doktrinu o poreklu života na Zemlji, doktrinu o ćeliji, individualni razvoj organizama, molekularnu biologiju, darvinizam (evolucionu doktrinu), genetiku, ekologiju, doktrinu o biosferi i doktrina čoveka.

Poreklo života na zemlji.

Problem nastanka života na Zemlji bio je i ostao glavni problem, uz kosmologiju i znanje, pronaći strukturu materije. Moderna nauka nema direktne dokaze o tome kako i gdje je nastao život. Postoje samo logičke konstrukcije i indirektni dokazi dobijeni modelskim eksperimentima, te podaci iz oblasti paleontologije, geologije, astronomije itd.

U naučnoj biologiji najpoznatije hipoteze o nastanku života na Zemlji su teorija panspermije S. Arrheniusa i teorija nastanka života na Zemlji kao rezultat dugog evolucijskog razvoja materije koju je predložio A. I. Oparin. .

Teorija panspermije bila je široko rasprostranjena krajem 19. i početkom 20. stoljeća. A sada ima mnogo pristalica.

Prema ovoj teoriji, živa bića su donesena na Zemlju iz svemira. Posebno su bile raširene pretpostavke o unošenju embriona živih organizama na Zemlju s meteoritima ili kosmičkom prašinom. Do sada su u meteoritima pokušavali otkriti koji su znakovi života. Godine 1962. američki naučnici, 1982. godine ruski naučnici prijavili su otkriće ostataka organizama u meteoritima. Ali ubrzo se pokazalo da su pronađene strukturne formacije zapravo mineralne granule i samo po izgledu podsjećaju na biološke strukture. Godine 1992. pojavili su se radovi američkih naučnika, gdje na osnovu proučavanja materijala odabranog na Antarktiku opisuju prisutnost ostataka živih bića nalik bakterijama u meteoritima. Šta čeka ovo otkriće vrijeme će pokazati. Ali, interesovanje za teoriju panspermije nije izbledelo do danas.

Sistematski razvoj problema nastanka života na Zemlji počeo je 1920-ih godina. Godine 1924. objavljena je knjiga A. I. Oparina "Postanak života", a 1929. članak D. Haldanea na istu temu. Ali, kako je kasnije sam Haldane primijetio, teško da bi se u njegovom članku moglo pronaći nešto novo što Oparin nije imao. Stoga se teorija o nastanku života na Zemlji kao rezultat "biološkog velikog praska" sa sigurnošću može nazvati Oparin teorijom, a ne Oparin-Haldaneovom teorijom.

Prema Oparinovoj teoriji, život je nastao na Zemlji. Ovaj proces se sastojao od sledećih faza: 1) Organske supstance nastaju iz neorganskih materija; 2) dolazi do brzog fizičko-hemijskog preuređivanja primarnih organskih supstanci. Ogledajte asimetrične organske predbiološke supstance u uslovima aktivne vulkanske aktivnosti, visoke temperature, zračenja, pojačanog ultraljubičastog zračenja, veličine grmljavine. Tokom polimerizacije ljevorukih aminokiselina nastaju primarni proteini. Istovremeno su nastale azotne baze - nukleotidi; 3) fizičko-hemijski procesi doprineli su formiranju koacervatnih kapi (koacervata) - struktura tipa gela; 4) formiranje polinukleotida - DNK i RNK i njihovo uključivanje u koacervate; 5) formiranje "filma" koji je odvajao koacervate od okoline, što je dovelo do pojave predbiološkog sistema, koji je bio otvoreni sistem. Imao je sposobnost matrične sinteze i razgradnje proteina.

U narednim godinama Oparinova teorija je u potpunosti potvrđena. Velika zasluga teorije je u tome što se veliki dio nje može testirati ili logički povezati s provjerljivim propozicijama.

Izuzetno važan korak u procesu nastanka života bio je prelazak neorganskih spojeva ugljika u organske. Astronomski podaci su pokazali da se i sada formiranje organskih tvari odvija posvuda, potpuno neovisno o životu. Iz ovoga se zaključilo da se takva sinteza dogodila na Zemlji tokom formiranja zemljine kore. Niz radova na sintezi započeo je 1953. S. Miller, koji je sintetizirao brojne aminokiseline propuštanjem električnog pražnjenja kroz mješavinu plinova, koji su vjerovatno činili primarnu atmosferu (vodonik, vodena para, amonijak, metan). Promjenom pojedinih komponenti i faktora utjecaja, razni naučnici su dobili glicin, askargičnu kiselinu i druge aminokiseline. 1963. godine, modeliranjem uslova drevne atmosfere, naučnici su dobili pojedinačne polipeptide molekularne težine 3000-9000. Poslednjih godina, hemijski sastav, fizičko-hemijska svojstva i mehanizam nastanka koacervatnih kapi detaljno su proučavani na Institutu za biohemiju Ruske akademije nauka i Moskovskom državnom univerzitetu. Pokazalo se da se istovremeno sa opštim procesom evolucije predbioloških sistema odvijala njihova transformacija u specijalizovanije strukture.

I ovdje postaje jasno da bi prirodna selekcija u budućnosti trebala dovesti do nastanka ćelije - elementarne strukturne i funkcionalne jedinice živog organizma.

Glavne karakteristike življenja.

Sposobnost kretanja. Znakovi koji se jasno pojavljuju kod životinja, od kojih se mnoge mogu aktivno kretati. U najjednostavnijim organima kretanja su bičevi, cilije itd. Kod organizovanijih životinja pojavljuju se udovi. Biljke takođe imaju sposobnost kretanja. Jednoćelijska alga Chlamydomonas ima flagele. Raspršivanje spora, raspršivanje sjemena, kretanje u prostoru uz pomoć rizoma su sve varijante kretanja.

Sposobnost rasta. Sva živa bića mogu se povećati u veličini i masi zbog istezanja, diobe stanica itd.

Ishrana, disanje, izlučivanje su procesi kojima se osigurava metabolizam.

Razdražljivost je sposobnost reagovanja i reagovanja na spoljašnje uticaje.

Razmnožavanje i fenomen varijabilnosti i nasljeđa koji je s njim povezan najkarakterističnije su obilježje živog. Svaki živi organizam proizvodi svoju vrstu. Potomstvo zadržava osobine svojih roditelja i stiče osobine koje su karakteristične samo za njih.

Kombinacija ovih karakteristika nesumnjivo karakteriše život kao sistem koji formira metabolizam, razdražljivost i sposobnost reprodukcije, ali treba imati na umu da je pojam življenja mnogo komplikovaniji (vidi uvod).

nivoa organizacije života.

Nivo organizacije je funkcionalno mjesto biološke strukture određenog stepena složenosti u opštem "sistemu sistema" živog. Obično se razlikuju molekularni (molekularno-genetski), ćelijski, organizmski, populacijsko-specifični, biocenotički, biosferski nivoi organizacije.

Osnovna i funkcionalna jedinica života je ćelija. Ćelija ima gotovo sve glavne karakteristike živog bića, za razliku od takozvanih nećelijskih organizama (npr. virusa), koji postoje na molekularnom nivou.

Organizam je pravi nosilac života, karakteriziran svim svojim biosvojstvima.

Vrsta je grupa jedinki slične strukture i porijekla.

Biocenoza je međusobno povezan skup vrsta koje naseljavaju manje ili više homogeno područje kopna ili vode.

Biosfera je ukupnost svih biocenoza Zemlje.

Metode izučavanja biologije.

Metode moderne biologije određuju njeni zadaci. Jedan od glavnih zadataka biologije je poznavanje svijeta živih bića oko nas. Metode moderne biologije usmjerene su posebno na proučavanje ovog problema.

Naučno istraživanje obično počinje zapažanjima. Ova metoda proučavanja bioloških objekata koristi se od početka smislenog postojanja čovjeka. Ova metoda vam omogućava da stvorite ideju o predmetu koji se proučava, da prikupite materijal za daljnji rad.

Promatranje je bilo glavni metod u deskriptivnom periodu razvoja biologije. Na osnovu zapažanja postavlja se hipoteza.

Sljedeći koraci u proučavanju bioloških objekata vezani su za eksperiment.

Ona je postala osnova za prelazak biologije iz deskriptivne nauke u eksperimentalnu nauku. Eksperiment vam omogućava da provjerite rezultate promatranja i dobijete podatke koji se ne mogu dobiti u prvoj fazi studije.

Pravi naučni eksperiment mora biti praćen kontrolnim eksperimentom.

Eksperiment mora biti ponovljiv. Ovo će omogućiti dobijanje pouzdanih podataka i obradu podataka pomoću računara.

Posljednjih godina metoda modeliranja se široko koristi u biologiji. Stvaranje matematičkih modela pojava i procesa postalo je moguće širokim uvođenjem kompjutera u biološka istraživanja.

Primjer je algoritam za proučavanje vrste biljke. U prvoj fazi, istraživač proučava znakove organizma. Rezultati posmatranja se bilježe u posebnom dnevniku. Na osnovu identifikacije svih raspoloživih karakteristika, postavlja se hipoteza da organizam pripada određenoj vrsti. Ispravnost hipoteze utvrđuje se eksperimentom. Znajući da se predstavnici iste vrste slobodno ukrštaju i daju plodno potomstvo, istraživač uzgaja organizam iz sjemena uzetog od jedinke koju proučava i ukršta odrasli organizam s referentnim organizmom, čija je vrsta unaprijed utvrđena. Ako se kao rezultat ovog eksperimenta dobiju sjemenke iz kojih se razvija održiv organizam, tada se hipoteza smatra potvrđenom.

Raznolikost organskog svijeta.

Raznolikost, kao i raznovrsnost života na Zemlji, proučava se sistematikom - najvažnijim dijelom biologije.

Sistemi organizama su odraz raznolikosti života na Zemlji. Na Zemlji žive predstavnici tri grupe organizama: virusi, prokarioti, eukarioti.

Virusi su organizmi koji nemaju ćelijsku strukturu. Prokarioti i eukarioti su organizmi čija je glavna strukturna jedinica ćelija. Prokariotske ćelije nemaju dobro formirano ćelijsko jezgro. Kod eukariota, stanica ima pravo jezgro, gdje je nuklearni materijal odvojen od citoplazme membranom s dvije membrane.

Prokarioti uključuju bakterije i plavo-zelene alge. Bakterije su jednoćelijski, uglavnom heterozigotni organizmi. Plavo-zelene alge su jednoćelijski, kolonijalni ili višećelijski organizmi s mješovitim tipom ishrane. Plavo-zelene ćelije imaju hlorofil koji obezbeđuje autotrofnu ishranu, ali plavo-zelene mogu apsorbovati gotove organske supstance od kojih grade sopstvene makromolekularne supstance. Unutar eukariota postoje tri carstva: gljive, biljke i životinje. Gljive su heterotrofni organizmi čije tijelo predstavlja micelijum. Posebna grupa gljiva su lišajevi, gdje su gljivični simbionti jednoćelijske ili modrozelene alge.

Biljke su prvenstveno autotrofni organizmi.

Životinje su heterozigotni eukarioti.

Živi organizmi na Zemlji postoje u stanju zajednica – biocenoza.

Sam odnos virusa prema organizmima je diskutabilan, jer se ne mogu razmnožavati izvan ćelije i nemaju ćelijsku strukturu. Ipak, većina biologa vjeruje da su virusi najmanji živi organizmi.

Ruski botaničar D.I. Ivanovski smatra se otkrićem virusa, ali tek pronalaskom elektronskog mikroskopa postalo je moguće proučavati strukturu ovih misterioznih struktura. Virusi su vrlo jednostavni. "Jezgro" virusa je molekul DNK ili RNK.Ovo "jezgro" je okruženo proteinskom ljuskom. Neki virusi razvijaju lipoproteinsku ovojnicu koja nastaje iz citoplazmatske membrane ćelije domaćina.

Kada uđu u ćeliju, virusi stiču sposobnost da se sami razmnožavaju. Istovremeno, oni "isključuju" DNK domaćina i, koristeći svoju nukleinsku kiselinu, daju naredbu za sintetizaciju novih kopija virusa. Virusi mogu "napasti" ćelije svih grupa organizama. Virusi koji "napadaju" bakterije dobijaju poseban naziv - bakteriofagi.

Važnost virusa u prirodi povezana je sa njihovom sposobnošću da izazivaju različite bolesti. Ovo je mozaik lišća, gripa, malih boginja, malih boginja, dječje paralize, zaušnjaka i "kuge" dvadesetog vijeka - side.

Način prenošenja virusa se vrši kap-tečno, kontaktom, uz pomoć prenosilaca (buve, pacovi, miševi itd.), putem izmeta i hrane.

Sindrom stečene imunodeficijencije (AIDS). AIDS virus.

AIDS je zarazna bolest uzrokovana RNA virusom. Virus AIDS-a ima štapićasti ili ovalni ili okrugli oblik. U potonjem slučaju, njegov promjer doseže 140 nm. Virus se sastoji od RNK, enzima revartaze, dvije vrste proteina, dvije vrste glikoproteina i lipida koji formiraju vanjsku membranu. Enzim katalizira reakciju sinteze DNK lanca na virusnoj RNK šabloni u ćeliji zahvaćenoj virusom. Virus AIDS-a se eksprimira u T-limfocitima.

Virus je nestabilan na okolinu, osjetljiv na mnoge antiseptike. Infektivna aktivnost virusa se smanjuje za 1000 puta kada se zagrijava na temperaturi od 56C u trajanju od 30 minuta.

Bolest se prenosi seksualnim putem ili putem krvi. Infekcija AIDS-om je obično fatalna!

Osnove citologije.

Osnovne odredbe ćelijske teorije.

Kavez je otkriven u drugoj polovini 17. veka. Proučavanje ćelije posebno se snažno razvilo u drugoj polovini 19. veka u vezi sa stvaranjem ćelijske teorije. Ćelijski nivo istraživanja postao je vodeći princip najvažnijih bioloških disciplina. U biologiji se formirao novi odjeljak - citologija. Predmet proučavanja citologije su ćelije višećelijskih organizama, kao i organizmi čije telo predstavlja jedna ćelija. Citologija proučava strukturu, hemijski sastav, načine njihove reprodukcije, adaptivna svojstva.

Teorijska osnova citologije je ćelijska teorija. Ćelijsku teoriju je 1838. godine formulirao T. Schwann, iako prve dvije odredbe ćelijske teorije pripadaju M. Schleidenu, koji je proučavao biljne ćelije. T. Schwann, poznati stručnjak za građu životinjskih ćelija, 1838. godine, na osnovu podataka radova M. Schleidena i rezultata vlastitog istraživanja, izveo je sljedeće zaključke:

Ćelija je najmanja strukturna jedinica živih organizama.

Ćelije nastaju kao rezultat aktivnosti živih organizama.

Životinjske i biljne ćelije imaju više sličnosti nego razlika.

Ćelije višećelijskih organizama međusobno su strukturno i funkcionalno povezane.

Dalje proučavanje strukture i životne aktivnosti omogućilo je da se nauči mnogo o tome. Tome je doprinijelo usavršavanje mikroskopskih tehnika, istraživačkih metoda i dolazak mnogih talentiranih istraživača u citologiju. Detaljno je proučavana struktura jezgra, izvršena je citološka analiza tako važnih bioloških procesa kao što su mitoza, mejoza i oplodnja. Mikrostruktura same ćelije postala je poznata. Ćelijske organele su otkrivene i opisane. Program citoloških istraživanja 20. vijeka postavio je zadatak rasvjetljavanja i tačnijeg razlikovanja svojstava ćelije. Stoga je posebna pažnja posvećena proučavanju hemijskog sastava ćelije i mehanizma kojim ćelija apsorbuje supstance iz okoline.

Sve ove studije omogućile su da se umnože i prošire odredbe ćelijske teorije, čiji glavni postulati trenutno izgledaju ovako:

Ćelija je osnovna i strukturna jedinica svih živih organizama.

Ćelije nastaju samo od ćelija kao rezultat diobe.

Ćelije svih organizama slične su po strukturi, hemijskom sastavu i osnovnim fiziološkim funkcijama.

Ćelije višećelijskih organizama čine jedan funkcionalni kompleks.

Ćelije viših biljaka i životinja formiraju funkcionalno povezane grupe - tkiva; Organi koji čine tijelo formirani su od tkiva.

Strukturne karakteristike prokariotskih i eukariotskih ćelija.

Prokarioti su najstariji organizmi koji formiraju nezavisno kraljevstvo. Prokarioti uključuju bakterije, plavo-zelene "alge" i niz drugih malih grupa.

Prokariotske ćelije nemaju posebno jezgro. Prikazan je genetski aparat. sastoji se od kružne DNK. U ćeliji nema mitohondrija i Golgijevog aparata.

Eukarioti su organizmi koji imaju pravo jezgro. Eukarioti uključuju predstavnike biljnog carstva, carstva životinja i carstva gljiva.

Eukariotske ćelije su obično veće od prokariotskih ćelija, podeljene u zasebne strukturne elemente. DNK vezana za protein formira hromozome, koji se nalaze u jezgri, okruženi nuklearnom ovojnicom i ispunjeni karioplazmom. Podjela eukariotskih stanica na strukturne elemente vrši se pomoću bioloških membrana.

eukariotske ćelije. Struktura i funkcije.

Eukarioti uključuju biljke, životinje, gljive.

Struktura biljnih i gljivičnih ćelija detaljno je razmotrena u odeljku o botanici "Priručnici za kandidate za univerzitete" koji je sastavio M. A. Galkin.

U ovom priručniku ćemo ukazati na karakteristične karakteristike životinjskih ćelija, na osnovu jedne od odredbi ćelijske teorije. "Postoji više sličnosti između biljnih i životinjskih ćelija nego razlika."

Životinjske ćelije nemaju ćelijski zid. Predstavljen je golim protoplastom. Granični sloj životinjske ćelije - glikokaliks je gornji sloj citoplazmatske membrane "pojačan" molekulima polisaharida, koji su dio međućelijske tvari nego u ćeliji.

Mitohondrije imaju presavijene kriste.

Životinjske ćelije imaju ćelijski centar koji se sastoji od dva centriola. Ovo sugerira da je svaka životinjska stanica potencijalno sposobna za diobu.

Uključivanje u životinjsku ćeliju je predstavljeno u obliku zrnaca i kapi (proteini, masti, glikogen ugljikohidrata), krajnji produkti metabolizma, kristali soli, pigmenti.

U životinjskim stanicama mogu postojati kontraktilne, probavne, izlučujuće vakuole male veličine.

U ćelijama nema plastida, inkluzija u obliku škrobnih zrnaca, zrnaca, velikih vakuola ispunjenih sokom.

Podjela ćelije.

Ćelija nastaje samo od ćelije kao rezultat diobe. Eukariotske ćelije se dijele prema tipu mitoze ili prema tipu mejoze. Obje ove podjele se odvijaju u tri faze:

Podjela biljnih ćelija prema tipu mitoze i prema tipu mejoze detaljno je opisana u odjeljku "Botanika" priručnika za studente na univerzitetima koji je sastavio M. A. Galkin.

Ovdje ukazujemo samo na karakteristike podjele životinjskih stanica.

Osobine diobe u životinjskim stanicama povezane su s odsustvom ćelijskog zida u njima. Kada se ćelija deli prema vrsti mitoze u citokinezi, već u prvoj fazi dolazi do odvajanja ćelija kćeri.U biljkama se ćelije kćeri formiraju pod zaštitom ćelijskog zida matične ćelije, koja se uništava tek nakon pojava primarnog ćelijskog zida u ćelijama kćerima. Kada se ćelija podijeli prema vrsti mejoze kod životinja, do diobe dolazi već u telofazi 1. Kod biljaka, u telofazi 1, završava se formiranje binuklearne ćelije.

Formiranju vretena diobe u telofazi jedan prethodi divergencija centriola prema polovima ćelije. Od centriola počinje formiranje filamenata vretena. U biljkama, vretenasti filamenti počinju da se formiraju od polnih klastera mikrotubula.

Pokret ćelije. Organele kretanja.

Živi organizmi koji se sastoje od jedne ćelije često imaju sposobnost aktivnog kretanja. Mehanizmi kretanja koji su nastali u procesu evolucije su vrlo raznoliki. Glavni oblici kretanja su - ameboidni i uz pomoć flagela. Osim toga, stanice se mogu kretati lučenjem sluzi ili pomicanjem glavne supstance citoplazme.

Ameboidni pokret dobio je ime po najjednostavnijem organizmu - amebi. Organi kretanja u amebi su lažne noge - pseudo-sličnost, koje su izbočine citoplazme. Nastaju na različitim mjestima na površini citoplazme. Mogu nestati i ponovo se pojaviti negdje drugdje.

Kretanje uz pomoć flagela karakteristično je za mnoge jednostanične alge (na primjer, chlamydomonas), protozoe (na primjer, zelenu euglenu) i bakterije. Organi kretanja u ovim organizmima su bičevi - citoplazmatski izrasline na površini citoplazme.

Hemijski sastav ćelije.

Hemijski sastav ćelije usko je povezan sa karakteristikama strukture i funkcionisanja ove elementarne i funkcionalne jedinice živog.

Kao i morfološki, najčešći i univerzalni za ćelije predstavnika svih kraljevstava je hemijski sastav protoplasta. Potonji sadrži oko 80% vode, 10% organske materije i 1% soli. Među njima vodeću ulogu u formiranju protoplasta imaju prvenstveno proteini, nukleinske kiseline, lipidi i ugljikohidrati.

Po sastavu hemijskih elemenata protoplast je izuzetno složen. Sadrži tvari kako male molekulske težine, tako i tvari s velikom molekulom. 80% težine protoplasta čine supstance visoke molekularne težine, a samo 30% jedinjenja male molekularne težine. Istovremeno, za svaku makromolekulu postoje stotine, a za svaku veliku makromolekulu postoje hiljade i desetine hiljada molekula.

Ako uzmemo u obzir sadržaj hemijskih elemenata u ćeliji, onda prvo mjesto treba dati kiseoniku (65-25%). Slede ugljenik (15-20%), vodonik (8-10%) i azot (2-3%). Broj ostalih elemenata, a njih oko stotinu pronađeno je u ćelijama, znatno je manji. Sastav hemijskih elemenata u ćeliji zavisi i od bioloških karakteristika organizma i od staništa.

Anorganske supstance i njihova uloga u životu ćelije.

Neorganske supstance ćelije uključuju vodu i soli. Za životne procese, od katjona koji čine soli, najvažniji su K, Ca, Mg, Fe, Na, NH, od anjona NO, HPO, HPO.

Amonijum i nitratni joni redukuju se u biljne ćelije u NH i uključuju se u sintezu aminokiselina; Kod životinja se aminokiseline koriste za izgradnju vlastitih proteina. Kada organizmi umru, uključuju se u ciklus supstanci u obliku slobodnog dušika. Oni su dio proteina, aminokiselina, nukleinskih kiselina i ATP-a. Ako se fosfor-fosfati, koji se nalaze u tlu, otapaju korijenskim izlučevinama biljaka i apsorbiraju. Oni su dio svih membranskih struktura, nukleinskih kiselina i ATP-a, enzima, tkiva.

Kalijum se nalazi u svim ćelijama u obliku jona K. „Kalijumska pumpa“ ćelije podstiče prodiranje supstanci kroz ćelijsku membranu. Aktivira vitalne procese ćelija, ekscitacije i impulse.

Kalcijum se nalazi u ćelijama u obliku jona ili kristala soli. Uključen u krv doprinosi njenoj koagulaciji. Uključeno u kosti, školjke, vapnenačke skelete koraljnih polipa.

Magnezijum se nalazi u obliku jona u biljnim ćelijama. Uključeno u hlorofil.

Joni željeza dio su hemoglobina sadržanog u crvenim krvnim zrncima, koji osiguravaju transport kisika.

Joni natrija su uključeni u transport tvari kroz membranu.

Na prvom mjestu među supstancama koje čine ćeliju je voda. Sadrži se u glavnoj tvari citoplazme, u ćelijskom soku, u karioplazmi, u organelama. Ulazi u reakcije sinteze, hidrolize i oksidacije. Univerzalni je rastvarač i izvor kiseonika. Voda daje turgor, reguliše osmotski pritisak. Konačno, to je medij za fiziološke i biohemijske procese koji se odvijaju u ćeliji. Uz pomoć vode osigurava se transport tvari kroz biološku membranu, proces termoregulacije itd.

Voda sa drugim komponentama - organskim i anorganskim, visokom i niskom molekulskom težinom - učestvuje u formiranju strukture protoplasta.

Organske tvari (proteini, ugljikohidrati, lipidi, nukleinske kiseline, ATP), njihova struktura i uloga u životu stanice.

Ćelija je elementarna struktura u kojoj se odvijaju sve glavne faze biološkog metabolizma i sadržane su sve glavne kemijske komponente žive tvari. 80% težine protoplasta čine makromolekularne supstance - proteini, ugljikohidrati, lipidi, nukleinske kiseline.

Među glavnim komponentama protoplazme, vodeća vrijednost pripada proteinu. Makromolekula proteina ima najsloženiji sastav i strukturu, a karakteriše ga izuzetno bogata manifestacija hemijskih i fizičko-hemijskih svojstava. Sadrži jedno od najvažnijih svojstava žive materije - biološku specifičnost.

Aminokiseline su glavni gradivni blokovi proteinske molekule. Molekuli većine aminokiselina sadrže po jednu karboksilnu i jednu aminsku grupu. Aminokiseline u proteinu su međusobno povezane peptidnim vezama zbog karboksilnih i -aminskih grupa, odnosno protein je polimer čiji su monomer aminokiseline. Proteini živih organizama formirani su od dvadeset "zlatnih" aminokiselina.

Skup peptidnih veza koji ujedinjuje lanac aminokiselinskih ostataka formira peptidni lanac - neku vrstu okosnice polipeptidnih molekula.

U proteinskoj makromolekuli razlikuje se nekoliko redova strukture - primarni, sekundarni, tercijarni. Primarna struktura proteina određena je slijedom aminokiselinskih ostataka. Sekundarna struktura polipeptidnih lanaca je kontinuirana ili diskontinuirana spirala. Prostorna orijentacija ovih spirala ili kombinacija nekoliko polipeptida čine sistem višeg reda – tercijarnu strukturu karakterističnu za molekule mnogih proteina. Za velike proteinske molekule takve strukture su samo podjedinice, čiji međusobni prostorni raspored čini kvartarnu strukturu.

Fiziološki aktivni proteini imaju globularnu strukturu kao što je zavojnica ili cilindar.

Redoslijed i struktura aminokiselina određuju svojstva proteina, a svojstva određuju funkciju. Postoje proteini koji su nerastvorljivi u vodi, a postoje proteini koji su slobodno rastvorljivi u vodi. Postoje proteini rastvorljivi samo u slabim rastvorima alkalija ili 60-80% alkohola. Proteini se također razlikuju po molekularnoj težini, a time i po veličini polipeptidnog lanca. Molekul proteina pod utjecajem određenih faktora može se slomiti ili odmotati. Ova pojava se naziva denaturacija. Proces denaturacije je reverzibilan, tj. protein može promijeniti svoja svojstva.

Funkcije proteina u ćeliji su različite. To su, prije svega, funkcije izgradnje - protein je dio membrana. Proteini djeluju kao katalizatori. Ubrzavaju reakcije. Ćelijski katalizatori se nazivaju enzimi. Proteini također obavljaju transportnu funkciju. Najbolji primjer je hemoglobin, agens koji prenosi kiseonik. Zaštitna funkcija proteina je poznata. Prisjetite se stvaranja u stanicama tvari koje vežu i neutraliziraju tvari koje mogu oštetiti ćeliju. Iako beznačajno, proteini obavljaju energetsku funkciju. Razlažući se na aminokiseline, oslobađaju energiju.

Oko 1% suhe tvari ćelije čine ugljikohidrati. Ugljikohidrati se dijele na jednostavne šećere, ugljikohidrate niske molekularne težine i šećere visoke molekularne težine. Sve vrste ugljikohidrata sadrže atome ugljika, vodika i kisika.

Jednostavni šećeri, ili monoze, dijele se na pentoze i heptoze prema broju ugljikovih jedinica u molekuli. Od ugljikohidrata male molekularne težine u prirodi, najraširenije su saharoza, maltoza i laktoza. Ugljikohidrati visoke molekularne težine dijele se na jednostavne i složene. Jednostavni su polisaharidi, čiji se molekuli sastoje od ostataka bilo koje monoze. To su škrob, glikogen, celuloza. Kompleksni uključuju pektin, sluz. Sastav složenih ugljikohidrata, osim monoza, uključuje proizvode njihove oksidacije i redukcije.

Ugljikohidrati obavljaju funkciju izgradnje, čineći osnovu stanične stijenke. Ali glavna funkcija ugljikohidrata je energija. Kada se složeni ugljikohidrati razbiju na jednostavne, a jednostavni na ugljični dioksid i vodu, oslobađa se značajna količina energije.

Sve životinjske i biljne ćelije sadrže lipide. Lipidi obuhvataju supstance različite hemijske prirode, ali imaju zajednička fizička i hemijska svojstva, a to su: Nerastvorljivost u vodi i dobra rastvorljivost u organskim rastvaračima - eter, benzol, benzin, hloroform.

Prema hemijskom sastavu i strukturi, lipidi se dele na fosfolipide, sulfolipide, sterole, pigmente rastvorljive u mastima, masti i voskove. Molekuli lipida su bogati hidrofobnim radikalima i grupama.

Funkcija izgradnje lipida je odlična. Najveći dio bioloških membrana čine lipidi. Tokom razgradnje masti oslobađa se velika količina energije. Lipidi uključuju neke vitamine (A, D). Lipidi imaju zaštitnu funkciju kod životinja. Oni se talože ispod kože, stvarajući sloj niske toplotne provodljivosti. Devino salo je izvor vode. Jedan kilogram masti oksidira i daje jedan kilogram vode.

Nukleinske kiseline, poput proteina, igraju vodeću ulogu u metabolizmu i molekularnoj organizaciji žive tvari. Oni su povezani sa sintezom proteina, rastom i diobom stanica, formiranjem ćelijskih struktura i, posljedično, formiranjem i naslijeđem tijela.

Nukleinske kiseline sadrže tri osnovna gradivna bloka: fosfornu kiselinu, ugljikohidrate tipa pentoze i dušične baze; kada se spoje, formiraju nukleotide. Nukleinske kiseline su polinukleotidi, odnosno produkti polimerizacije velikog broja nukleotida. U nukleotidima su strukturni elementi povezani sledećim redosledom: fosforna kiselina - pentoza - azotna baza. Istovremeno, pentoza je povezana sa fosfornom kiselinom eterskom vezom, a sa bazom - glukozidnom vezom. Veza između nukleotida u nukleinskoj kiselini odvija se preko fosforne kiseline, čiji slobodni radikali uzrokuju kisela svojstva nukleinskih kiselina.

U prirodi postoje dvije vrste nukleinskih kiselina - ribonukleinska i deoksiribonukleinska (RNA i DNK). Razlikuju se po komponenti ugljika i skupu azotnih baza.

RNK sadrži ribozu kao ugljičnu komponentu, DNK sadrži deoksiribozu.

Dušične baze nukleinskih kiselina su derivati ​​purina i piramidina. Prvi uključuju adenin i gvanin, koji su esencijalne komponente nukleinskih kiselina. Derivati ​​piramidina su citozin, timin, uracil. Od njih je samo citozin potreban za obje nukleinske kiseline. Što se tiče timina i uracila, prvi je karakterističan za DNK, a drugi za RNK. U zavisnosti od prisustva azotne baze, nukleotidi se nazivaju adenin, citozil, gvanin, timin, uracil.

Strukturna struktura nukleinskih kiselina postala je poznata nakon najvećeg otkrića koje su 1953. godine napravili Watson i Crick.

Molekul DNK se sastoji od dva spiralna polinukleotidna lanca uvijena oko zajedničke ose. Ovi lanci su okrenuti jedan prema drugom sa azotnim bazama. Potonji drže oba lanca zajedno u cijelom molekulu. U molekulu DNK moguće su samo dvije kombinacije: adenin sa timinom i gvanin sa citozinom. Duž spirale formiraju se dva "žljeba" u makromolekuli - jedan mali koji se nalazi između dva polinukleotidna lanca, drugi - veliki - predstavlja otvor između zavoja. Udaljenost između parova baza duž ose molekule DNK je 3,4 A. U jedan zavoj spirale stane 10 parova nukleotida, odnosno dužina jednog zavoja je 3,4 A. Prečnik poprečnog presjeka spirale je 20 A. DNK kod eukariota nalazi se u ćelijskom jezgru, gdje je dio hromozoma, iu citoplazmi, gdje se nalazi u mitohondrijima i hloroplastima.

Posebno svojstvo DNK je njegova sposobnost da se duplicira - ovaj proces samoreprodukcije odredit će prijenos nasljednih svojstava sa ćelije majke na ćerku.

Sintezi DNK prethodi prijelaz njene strukture iz dvolančane u jednolančanu. Nakon toga, na svakom polinukleotidnom lancu, kako se na matrici formira novi polinukleotidni lanac, čiji nukleotidni niz odgovara originalnom, takav niz se određuje po principu komplementarnosti baza. Protiv svakog A stoji T, protiv C - G.

Ribonukleinska kiselina (RNA) je polimer čiji su monomeri ribonukleotidi: adenin, citozin, gvanin, uracil.

Trenutno postoje tri tipa RNK - strukturna, rastvorljiva ili transportna, informaciona. Strukturna RNK nalazi se uglavnom u ribosomima. Stoga se naziva ribosomska RNK. On čini do 80% sve ćelijske RNK. Transfer RNK se sastoji od 80-80 nukleotida. Nalazi se u glavnoj supstanci citoplazme. Ona čini otprilike 10-15% sve RNK. Ima ulogu nosača aminokiselina do ribozoma, gdje se odvija sinteza proteina. Messenger RNA nije baš homogena; može imati molekularnu težinu od 300.000 do 2 miliona ili više i izuzetno je metabolički aktivan. Messenger RNA se kontinuirano formira u jezgru na DNK, koja igra ulogu šablona, ​​i šalje se do ribozoma gdje učestvuje u sintezi proteina. U tom smislu, glasnička RNK se naziva glasnička RNK. To je 10-5% ukupne količine RNK.

Među organskim tvarima ćelije posebno mjesto zauzima adenin trifosforna kiselina. Sadrži tri poznate komponente: azotnu bazu adenin, ugljikohidrate (ribozu) i fosfornu kiselinu. Karakteristika strukture ATP-a je prisustvo dvije dodatne fosfatne grupe vezane za već postojeći ostatak fosforne kiseline, što rezultira stvaranjem energetski bogatih veza. Takve veze se nazivaju makroenergetskim. Jedna makroenergetska veza u gram-molekulu supstance sadrži do 16.000 kalorija. ATP i ADP nastaju pri disanju zbog energije koja se oslobađa prilikom oksidativne razgradnje ugljikohidrata, masti itd. Obrnuti proces, odnosno prelazak sa ATP-a na ADP, prati oslobađanje energije, koja se direktno koristi u određenom životu. procesi - u sintezi supstanci, u kretanju osnovne supstance citoplazme, u provođenju ekscitacija, itd. ATP je jedinstven i univerzalni izvor energije koji opskrbljuje ćeliju. Kao što je postalo poznato poslednjih godina, ATP, i ADP, AMP su polazni materijal za formiranje nukleinskih kiselina.

Regulatorne i signalne supstance.

Proteini imaju niz izvanrednih svojstava.

Enzimi. Većina reakcija asimilacije i disimilacije u tijelu odvija se uz sudjelovanje enzima - proteina koji su biološki katalizatori. Trenutno je poznato postojanje oko 700 enzima. Svi su jednostavni ili složeni proteini. Potonji se sastoje od proteina i koenzima. Koenzimi su različite fiziološki aktivne supstance ili njihovi derivati ​​- nukleotidi, flavini itd.

Enzimi se odlikuju izuzetno visokom aktivnošću, koja u velikoj mjeri zavisi od pH sredine. Za enzime je njihova specifičnost najkarakterističnija. Svaki enzim može regulirati samo strogo definiranu vrstu reakcije.

Dakle, enzimi djeluju kao akceleratori i regulatori gotovo svih biohemijskih procesa u ćeliji i tijelu.

Hormoni su tajne endokrinih žlijezda. Hormoni osiguravaju sintezu određenih enzima u ćeliji, aktiviraju ili inhibiraju njihov rad. Tako ubrzavaju rast tijela i diobu stanica, pojačavaju funkciju mišića, reguliraju apsorpciju i izlučivanje vode i soli. Hormonski sistem, zajedno sa nervnim sistemom, obezbeđuje aktivnost celog organizma, posebnim delovanjem hormona.

Vitamini. Njihova biološka uloga.

Vitamini su organske tvari koje nastaju u životinjskom tijelu ili se unose hranom u vrlo malim količinama, ali su apsolutno neophodne za normalan metabolizam. Nedostatak vitamina dovodi do bolesti hipo- i avitaminoze.

Trenutno je poznato više od 20 vitamina. To su vitamini grupe B, vitamini E, A, K, C, PP itd.

Biološka uloga vitamina je u tome što je u njihovom nedostatku ili manjku poremećen rad određenih enzima, poremećene biohemijske reakcije i normalna ćelijska aktivnost.

Biosinteza proteina. Genetski kod.

Biosinteza proteina, odnosno polipeptidnih lanaca, odvija se na ribosomima, ali to je samo završna faza složenog procesa.

Informacije o strukturi polipeptidnog lanca sadržane su u DNK. Segment DNK koji nosi informacije o polipeptidnom lancu je gen. Kada je to postalo poznato, postalo je jasno da nukleotidna sekvenca DNK mora odrediti sekvencu aminokiselina polipeptidnog lanca. Ovaj odnos između baza i aminokiselina poznat je kao genetski kod. Kao što znate, molekul DNK je izgrađen od četiri vrste nukleotida, koji uključuju jednu od četiri baze: adenin (A), guanin (G), timin (T), citozin (C). Nukleotidi su povezani u polinukleotidni lanac. Sa ovom abecedom od četiri slova, napisana su uputstva za sintezu potencijalno beskonačnog broja proteinskih molekula. Ako bi jedna baza odredila položaj jedne aminokiseline, tada bi lanac sadržavao samo četiri aminokiseline. Ako bi svaka aminokiselina bila kodirana s dvije baze, tada bi se 16 aminokiselina moglo kodirati pomoću takvog koda. Samo kod koji se sastoji od baznih tripleta (triplet kod) može osigurati da je svih 20 aminokiselina uključeno u polipeptidni lanac. Ovaj kod uključuje 64 različite trojke. Trenutno je poznat genetski kod svih 20 aminokiselina.

Glavne karakteristike genetskog koda mogu se formulisati na sljedeći način.

Kod koji određuje uključivanje aminokiseline u polipeptidni lanac je triplet baza u polipeptidnom lancu DNK.

Šifra je univerzalna: isti tripleti kodiraju iste aminokiseline u različitim mikroorganizmima.

Kod je degenerisan: datu aminokiselinu može kodirati više od jednog tripleta. Na primjer, aminokiselinu leucin kodiraju tripleti GAA, GAG, GAT, GAC.

Kod preklapanja: na primjer, nukleotidna sekvenca AAACAATTA se čita samo kao AAA/CAA/TTA. Treba napomenuti da postoje tripleti koji ne kodiraju aminokiselinu. Ustanovljena je funkcija nekih od ovih trojki. To su startni kodoni, reset kodoni, itd. Funkcije drugih zahtijevaju dekodiranje.

Bazna sekvenca u jednom genu, koja nosi informaciju o polipeptidnom lancu, „prepisuje se u svojoj komplementarnoj baznoj sekvenci informacione ili glasničke RNK. Ovaj proces se naziva transkripcija.Molekul I-RNA nastaje kao rezultat vezivanja slobodnih ribonukleotida jedni za druge pod dejstvom RNK polimeraze u skladu sa pravilima uparivanja DNK i RNK baza (A-U, G-C, T-A, C-G). Sintetizirani I-RNA molekuli koji nose genetsku informaciju napuštaju jezgro i odlaze do ribozoma. Ovdje se odvija proces koji se zove translacija - sekvenca tripleta baza u I-RNA molekulu se prevodi u specifičnu sekvencu aminokiselina u polipeptidnom lancu.

Nekoliko ribozoma je vezano za kraj molekule DNK, formirajući polizom. Cijela ova struktura je niz povezanih ribozoma. Istovremeno, nekoliko polipeptidnih lanaca može se sintetizirati na jednom I-RNA molekulu. Svaki ribosom se sastoji od dvije podjedinice, male i velike. I-RNA se vezuje za površinu male podjedinice u prisustvu jona magnezijuma. U ovom slučaju ispada da su njegova prva dva translirana kodona okrenuta prema velikoj podjedinici ribosoma. Prvi kodon veže molekulu t_RNA koja sadrži komplementarni antikodon i nosi prvu aminokiselinu sintetiziranog polipeptida. Drugi antikodon zatim vezuje kompleks aminokiselina-tRNA koji sadrži antikodon komplementaran ovom kodonu.

Funkcija ribozoma je da drži i-RNA, t-RNA i proteinske faktore uključene u proces translacije u pravom položaju sve dok se ne formira peptidna veza između susjednih aminokiselina.

Čim se nova aminokiselina pridruži rastućem polipeptidnom lancu, ribosom se kreće duž mRNA lanca kako bi postavio sljedeći kodon na njegovo pravo mjesto. Molekul t-RNA, koji je ranije bio povezan s polipeptidnim lancem, sada oslobođen od aminokiseline, napušta ribozom i vraća se u glavnu supstancu citoplazme kako bi formirao novi kompleks aminokiselina-t-RNA. Ovo sekvencijalno "čitanje" od strane ribosoma "teksta" sadržanog u mRNA nastavlja se sve dok proces ne dostigne jedan od stop kodona. Takvi kodoni su tripleti UAA, UAG ili UGA. U ovoj fazi, polipeptidni lanac, čija je primarna struktura bila kodirana u DNK regiji - gen, napušta ribozom i translacija je završena.

Nakon što se polipeptidni lanci odvoje od ribozoma, mogu steći sopstvenu sekundarnu, tercijarnu ili kvarternu strukturu.

U zaključku treba napomenuti da se cijeli proces sinteze proteina u ćeliji odvija uz sudjelovanje enzima. One obezbjeđuju sintezu i-RNA, "hvatanje" t-RNA aminokiselina, povezivanje aminokiselina u polipeptidni lanac, formiranje sekundarne, tercijarne, kvartarne strukture. Upravo zbog učešća enzima sinteza proteina se naziva biosinteza. Da bi se osigurale sve faze sinteze proteina, koristi se energija oslobođena tokom razgradnje ATP-a.

Regulacija transkripcije i translacije (sinteza proteina) u bakterijama i višim organizmima.

Svaka ćelija sadrži kompletan set molekula DNK. Sa informacijama o strukturi svih polipeptidnih lanaca koji se mogu sintetizirati samo u datom organizmu. Međutim, samo dio tih informacija se realizuje u određenoj ćeliji.Kako se vrši regulacija ovog procesa?

Trenutno su razjašnjeni samo pojedinačni mehanizmi sinteze proteina. Većina enzimskih proteina nastaje samo u prisustvu supstratnih supstanci na koje djeluju. Struktura proteina enzima je kodirana u odgovarajućem genu (strukturni gen). Pored strukturnog gena nalazi se još jedan operator gen. Osim toga, u ćeliji je prisutna posebna supstanca - represor koji može komunicirati i sa genom operatora i sa supstratom. Sintezu represora reguliše regulatorni gen.

Pridruživanjem gena operatora, represor ometa normalno funkcionisanje susjednog strukturnog gena. Međutim, nakon vezivanja za supstrat, represor gubi sposobnost da se veže za gen operatora i spriječi sintezu mRNA. Formiranje samih represora kontroliraju posebni geni regulatori, čije funkcioniranje kontroliraju represori drugog reda. Zato ne sve, već samo određene ćelije reaguju na dati supstrat sintezom odgovarajućeg enzima.

Međutim, hijerarhija represorskih mehanizama tu ne staje, postoje represori višeg reda, što ukazuje na nevjerovatnu složenost gena u ćeliji povezanog s lansiranjem.

Čitanje "teksta" sadržanog u i-RNA prestaje kada ovaj proces dosegne stop kodon.

Autotrofni (autotrofni) i heterotrofni organizmi.

Autotrofni organizmi sintetiziraju organske tvari iz neorganskih tvari koristeći energiju Sunca ili energiju oslobođenu tijekom kemijskih reakcija. Prvi se zovu heliotrofi, drugi - hemotrofi. Autotrofni organizmi uključuju biljke i neke bakterije.

U prirodi postoji i mješoviti tip ishrane, koji je karakterističan za neke bakterije, alge i protozoe. Takvi organizmi mogu sintetizirati organske tvari svog tijela iz gotovih organskih tvari i iz neorganskih.

Volumen tvari u ćeliji.

Volumen tvari je proces dosljedne potrošnje, transformacije, upotrebe, akumulacije, gubitka supstanci i energije koji omogućava ćeliji da se samoočuva, raste, razvija i razmnožava. Metabolizam se sastoji od kontinuiranih procesa asimilacije i disimilacije.

Plastična izmjena u ćeliji.

Plastični metabolizam u ćeliji je skup reakcija asimilacije, odnosno transformacije određenih supstanci unutar ćelije od trenutka njihovog ulaska do stvaranja konačnih proizvoda - proteina, glukoze, masti itd. Svaka grupa živih organizama karakterizira poseban, genetski fiksiran tip plastičnog metabolizma.

Plastični metabolizam kod životinja. Životinje su heterotrofni organizmi, odnosno hrane se hranom koja sadrži gotove organske tvari. U crijevnom traktu ili crijevnoj šupljini se razlažu: proteini do aminokiselina, ugljikohidrati do monoza, masti do masnih kiselina i glicerola. Proizvodi cijepanja prodiru u krvotok i direktno u ćelije tijela. U prvom slučaju proizvodi cijepanja opet završavaju u stanicama tijela. U ćelijama se sintetišu supstance koje su već karakteristične za datu ćeliju, odnosno formira se specifičan skup supstanci. Od reakcija plastične razmjene, najjednostavnije su reakcije koje osiguravaju sintezu proteina. Sinteza proteina se odvija na ribosomima, prema informacijama o strukturi proteina sadržanog u DNK, iz aminokiselina koje ulaze u ćeliju. Sinteza di-, polisaharida dolazi iz monoza u Golgijevom aparatu. Masti se sintetiziraju iz glicerola i masnih kiselina. Sve reakcije sinteze odvijaju se uz sudjelovanje enzima i zahtijevaju utrošak energije; ATP daje energiju za reakcije asimilacije.

Plastični metabolizam u biljnim ćelijama ima mnogo zajedničkog sa plastičnim metabolizmom u životinjskim ćelijama, ali ima određenu specifičnost povezanu sa načinom ishrane biljaka. Biljke su autotrofni organizmi. Biljne ćelije koje sadrže hloroplaste sposobne su sintetizirati organske tvari iz jednostavnih neorganskih spojeva koristeći svjetlosnu energiju. Ovaj proces, poznat kao fotosinteza, omogućava biljkama da proizvedu jednu molekulu glukoze i šest molekula kiseonika koristeći hlorofil od šest molekula ugljen-dioksida i šest molekula vode. U budućnosti, konverzija glukoze ide nama poznatim putem.

Metaboliti koji nastaju u biljkama u procesu metabolizma stvaraju sastavne elemente proteina - aminokiseline i masti - glicerol i masne kiseline. Sinteza proteina u biljkama ide kao kod životinja na ribozomima, a sinteza masti u citoplazmi. Sve reakcije plastičnog metabolizma u biljkama odvijaju se uz učešće enzima i ATP-a. Kao rezultat plastičnog metabolizma nastaju tvari koje osiguravaju rast i razvoj stanice.

Energetski metabolizam u ćeliji i njegova suština.

Skup reakcija disimilacije praćenih oslobađanjem energije naziva se energetski metabolizam. Najviše energije su proteini, masti i ugljikohidrati.

Energetski metabolizam počinje u fazi proizvodnje, kada se proteini razlažu na aminokiseline, masti u glicerol i masne kiseline, polisaharidi u monosaharide. Energija koja se stvara u ovoj fazi je zanemariva i rasipa se u obliku topline. Od nastalih supstanci, glavni dobavljač energije je glukoza. Razgradnja glukoze u ćeliji, što rezultira sintezom ATP-a, odvija se u dvije faze. Sve počinje cijepanjem bez kisika – glikolizom. Druga faza se naziva cijepanje kisika.

Glikoliza je naziv za slijed reakcija u kojima se jedan molekul glukoze razlaže na dva molekula pirogrožđane kiseline. Ove reakcije se odvijaju u osnovnoj tvari citoplazme i ne zahtijevaju prisustvo kisika. Proces se odvija u dvije faze. U prvoj fazi glukoza se pretvara u fruktozu -1,6,-bisfosfat, a u drugoj fazi se potonji dijeli na dva trougljična šećera, koji se kasnije pretvaraju u pirogrožđanu kiselinu. Istovremeno, dva ATP molekula se troše u prvoj fazi u reakcijama fosforilacije. Dakle, neto prinos ATP-a tokom glikolize je dva ATP molekula. Osim toga, četiri atoma vodika se oslobađaju tokom glikolize.. Ukupna reakcija glikolize može se zapisati na sljedeći način:

CHO 2CHO + 4H + 2 ATP

Kasnije, u prisustvu kiseonika, pirogrožđana kiselina prelazi u mitohondrije radi potpune oksidacije do CO i vode (aerobno disanje). Ako nema kisika, onda se pretvara ili u etanol ili u mliječnu kiselinu (anaerobno disanje).

Do razgradnje kisika (aerobno disanje) dolazi u mitohondrijima, gdje pod djelovanjem enzima pirogrožđana kiselina reagira s vodom i potpuno se razgrađuje stvarajući atome ugljičnog dioksida i vodika. Ugljični dioksid se uklanja iz ćelije. Atomi vodika ulaze u mitohondrijsku membranu, gdje se oksidiraju kao rezultat enzimskog procesa. Elektroni i vodikovi kationi se prenose na suprotne strane membrane uz pomoć molekula nosača: elektrona u unutrašnjost, protona prema van. Elektroni se kombinuju sa kiseonikom. Kao rezultat ovih prestrojavanja, membrana je nabijena pozitivno izvana, a negativno iznutra. Kada se dostigne kritični nivo razlike potencijala kroz membranu, pozitivno nabijene čestice se potiskuju kroz kanal u molekuli enzima ugrađenom u membranu na unutrašnju stranu membrane, gdje se spajaju s kisikom i formiraju vodu.

Proces disanja kiseonika može se predstaviti na sledećem nivou:

2CHO + 6O + 36ADP + 36HPO 36ATP + 6CO + 42NO.

A ukupna jednadžba glikolize i procesa kisika izgleda ovako:

CHO + 6O + 38ADP + 38HPO 38ATP + 6CO + 44HO

Dakle, razgradnjom jedne molekule glukoze u ćeliji do ugljičnog dioksida i vode osigurava se sinteza 38 molekula ATP-a.

To znači da u procesu energetskog metabolizma nastaje ATP – univerzalni izvor energije u ćeliji.

Hemosinteza.

Svakom organizmu je potrebna stalna opskrba energijom za održavanje života i odvijanje procesa koji čine metabolizam.

Proces stvaranja organskih supstanci od strane nekih mikroorganizama iz ugljičnog dioksida zbog energije dobivene oksidacijom neorganskih spojeva (amonijak, vodik, jedinjenja sumpora, željezo željezo) naziva se kemosinteza.

Ovisno o mineralnim spojevima, čijom oksidacijom mikroorganizmi, a to su uglavnom bakterije, mogu dobiti energiju, kemoautotrofi se dijele na nitrifikacijske, vodikove, sumporne i željezne bakterije.

Nitrofitne bakterije oksidiraju amonijak u dušičnu kiselinu. Ovaj proces se odvija u dvije faze. Prvo, amonijak se oksidira u dušičnu kiselinu:

2NH + 3O = 2HNO + 2HO + 660 kJ.

Dušična kiselina se zatim pretvara u azotnu kiselinu:

2HNO + O = 2HNO + 158 kJ.

Ukupno se oslobađa 818 kJ, koji se koriste za iskorištavanje ugljičnog dioksida.

U željeznim bakterijama, oksidacija željeznog željeza se odvija prema jednadžbi

Budući da je reakcija praćena niskim energetskim prinosom (46,2*10 J/g oksidiranog željeza), bakterije moraju oksidirati veliku količinu željeza kako bi održale rast.

Prilikom oksidacije jednog molekula sumporovodika oslobađa se 17,2 * 10 J, jedan molekul sumpora - 49,8 * 10 J. i jedan molekul - 88,6 * 10 J.

Proces hemosinteze otkrio je 1887. godine S.N. Vinogradsky. Ovo otkriće nije samo rasvijetlilo osobitosti metabolizma kod bakterija, već je omogućilo i određivanje značaja bakterija - kemoautotrofa. Ovo se posebno odnosi na bakterije koje fiksiraju dušik, koje pretvaraju dušik nedostupan biljkama u amonijak, čime se povećava plodnost tla. Jasan je i proces učešća bakterija u kruženju supstanci u prirodi.

reprodukcija organizama.

Oblici razmnožavanja organizama.

Sposobnost reprodukcije, tj. proizvode novu generaciju iste vrste, jednu od glavnih karakteristika živih organizama.

Postoje dvije glavne vrste reprodukcije - aseksualno i seksualno.

Aseksualna reprodukcija.

U aseksualnoj reprodukciji, potomci dolaze iz jednog organizma. Identično potomstvo od istog roditelja naziva se klon. Članovi istog klona mogu biti genetski različiti samo ako dođe do nasumičnih mutacija. Aseksualno razmnožavanje se ne dešava samo kod viših životinja. Međutim, poznato je da je kloniranje uspješno provedeno za neke vrste i više životinje - žabe, ovce, krave.

U naučnoj literaturi se razlikuje nekoliko oblika aseksualne reprodukcije.

divizija. Jednoćelijski organizmi razmnožavaju se diobom: svaka jedinka se dijeli na dvije ili više kćeri ćelija, identičnih matičnoj ćeliji. Ovako bakterije, ameba, euglena, hlamidomonas itd.

Formiranje spora. Spora je jednoćelijska reproduktivna struktura. Formiranje spora karakteristično je za sve biljke i gljive.

Pupanje. Pupanje je oblik aseksualne reprodukcije u kojoj se nova jedinka formira kao izraslina na tijelu roditeljske jedinke, a zatim se odvaja od ne-ne i pretvara u samostalan organizam. Pupanje se javlja kod koelenterata i kvasaca.

Reprodukcija po fragmentima. Fragmentacija je podjela pojedinca na nekoliko dijelova, koji raste i formira novu jedinku. Tako se razmnožavaju spirogira, lišajevi i neke vrste crva.

vegetativna reprodukcija. Ovo je oblik aseksualne reprodukcije u kojoj se relativno veliki, obično diferencirani dio odvaja od biljke i razvija u samostalnu biljku. Ovo je razmnožavanje lukovicama, gomoljima, rizomima itd. Vegetativno razmnožavanje je detaljno opisano u odeljku Botanika. (Botanika. Vodič za kandidate za univerzitete. Sastavio M. A. Galkin).

Seksualna reprodukcija.

Tokom spolnog razmnožavanja, potomstvo se dobiva kao rezultat seksualne reprodukcije - fuzije genetskog materijala haploidnih jezgara. Jezgra se nalaze u specijalizovanim polnim ćelijama - gametama. Gamete su haploidne - sadrže jedan set hromozoma dobijenih kao rezultat mejoze; oni služe kao veza između ove i naredne generacije. Gamete mogu biti iste veličine i oblika, sa ili bez flagela, ali se češće muške gamete razlikuju od ženskih. Ženske gamete - jaja su obično veća od muških, zaobljenog su oblika i obično nemaju lokomotorne organe. U jajima se jasno razlikuju elementi protoplasta, kao i jezgro. Glavna tvar citoplazme akumulira veliku količinu hranjivih tvari. Muške gamete imaju mnogo pojednostavljenu strukturu. Pokretni su, tj. imaju flagele. Ovo su spermatozoidi. Postoje i spermatozoidi bez flagela.

Seksualna reprodukcija je od velike biološke važnosti. Tokom mejoze, kada se formiraju gamete, kao rezultat nasumične segregacije hromozoma i razmene genetskog materijala između homolognih hromozoma, pojavljuju se nove kombinacije gena koje spadaju u jednu gametu, što povećava genetsku raznolikost.

Tokom oplodnje, gamete se spajaju, formirajući diploidnu zigotu - ćeliju koja sadrži jedan hromozomski set iz svake gamete. Ova povezanost dva seta hromozoma je genetska osnova intraspecifične varijabilnosti.

Partenogeneza.

Jedan od oblika polne reprodukcije je partenogeneza - u kojoj se razvoj embrija odvija iz neoplođenog jajeta. Partenogeneza je česta kod insekata (lisne uši, pčele), raznih rotifera, protozoa, kao izuzetak, javlja se kod nekih guštera.

Postoje dvije vrste partenogeneze - haploidna i diploidna. Kod mrava, kao rezultat haploidne partenogeneze unutar zajednice, nastaju različite kaste organizama - vojnici, čistači itd. Kod pčela se trutovi pojavljuju iz neoplođenog jajeta, u kojem mitozom nastaju spermatozoidi. Lisne uši prolaze kroz diploidnu partenogenezu. U njima, tijekom formiranja stanica u anafazi, homologni kromosomi se ne razilaze - a samo jaje se ispostavlja kao diploidno s tri "sterilna" polarna tijela. Kod biljaka je partenogeneza prilično tipičan fenomen. Ovdje se to zove apomiksis. Kao rezultat "stimulacije" u jajetu dolazi do udvostručavanja hromozoma. Normalan embrion se razvija iz diploidne ćelije.

Sistematika biljaka.

Sistematika proučava raznolikost biljaka. Predmet proučavanja sistematike su sistematske kategorije. Glavne sistematske kategorije su: vrsta, rod, porodica, klasa, odjel, carstvo.

Vrsta je skup populacija jedinki koje su sposobne da se ukrštaju u prirodnim uslovima i formiraju plodno potomstvo. Rod je skup blisko povezanih vrsta. Porodica je skup blisko povezanih rodova. Odeljenje objedinjuje usko povezane porodice, odeljenje - usko srodne odeljenja. U ovom slučaju biljke djeluju kao kraljevstvo.

Naučni nazivi svih sistematskih kategorija dati su na latinskom. Nazivi sistematskih kategorija iznad vrsta sastoje se od jedne riječi. Od 1753. godine, zahvaljujući C. Linnaeusu, binarni nazivi su usvojeni za vrste. Prva riječ označava vrstu, druga je epitet vrste. Nazivi sistematskih kategorija na ruskom se rijetko prevode s latinskog, češće su to originalna imena rođena u narodu.

Formiranje zametnih ćelija kod ljudi. Struktura ljudskih zametnih ćelija. Oplodnja kod ljudi. Biološki značaj oplodnje.

Spermatozoidi – muške polne ćelije nastaju kao rezultat niza uzastopnih dioba ćelija – spermatogeneze, nakon čega slijedi složen proces diferencijacije koji se naziva spermiogeneza.

Prvo, diobom stanica embrionalnog epitela, koji se nalazi u sjemenim tubulima, nastaju spermatogonije koje se povećavaju i postaju spermatociti prvog reda. Kao rezultat prve diobe mejoze formiraju diploidne spermatocite drugog reda, a nakon druge podjele mejoze nastaju spermatozoidi. Odrasli spermatozoid se sastoji od glave, srednjeg dijela i bičaka (repa). Glava se sastoji od akrozoma i jezgra okruženog membranom. Vrat ima centriol. Mitohondrije se nalaze u srednjem dijelu.

Formiranje jajeta kod ljudi - oogeneza se odvija u nekoliko faza. U prvoj fazi, kao rezultat metotičke diobe, oogonije se formiraju iz stanica rudimentarnog epitela. Oogonije se dijele prema vrsti mitoze i stvaraju oocite prvog reda. Oociti i polarna tijela nastaju od oocita prvog reda kao rezultat mitotičke diobe.

Oplodnja kod ljudi je unutrašnja. Kao rezultat prodiranja sperme u jaje, jezgre zametnih stanica se spajaju. Formira se zigota.

Kao rezultat oplodnje, obnavlja se diploidni set hromozoma, formira se novi organizam koji nosi znakove majke i oca. Tokom formiranja zametnih ćelija dolazi do rekombinacije gena, pa novi organizam kombinuje najbolje osobine roditelja.

Individualni razvoj organizma - ontogeneza.

Ontogeneza je period razvoja organizma od prve podjele zigota do prirodne smrti.

Razvoj embrija (na primjeru životinja).

Bez obzira na to gdje se odvija razvoj embrija, početak njegovog razvoja vezuje se za prvu mitotičku diobu. Nakon nuklearne diobe, citokineza dovodi do stvaranja dvije diploidne ćelije kćeri, koje se nazivaju blastomeri. Blastomeri nastavljaju da se dijele prema tipu mitoze, pri čemu se uzdužna podjela izmjenjuje s poprečnom. Podjela blastomera naziva se drobljenjem, jer tokom ovog procesa ne dolazi do rasta ćelija, a nastala gruda ćelija - morula je po zapremini jednaka dva primarna blastomera. Dalji razvoj embrija povezan je s formiranjem blastule. U ovom slučaju blastomeri formiraju jednoslojni zid oko centralne šupljine ispunjen tekućinom. Ćelije zida blastule u jednom od područja počinju da se dijele i formiraju unutrašnju ćelijsku masu. Kasnije se od ove ćelijske mase formira unutrašnji sloj zida, pa se odvajaju ektoderm – spoljašnji sloj i endoderm – unutrašnji sloj ćelija. Ova dvoslojna faza razvoja naziva se gastrula. U kasnijoj fazi razvoja embriona formira se mezoderm - treći zametni sloj. Ektoderm, endoderm i mezoderm stvaraju sva tkiva embriona u razvoju. Ćelije ektoderma stvaraju prvu laminu, prvi greben i ektoblast. Uz rub prve ploče pojavljuju se nabori usmjereni prema gore, a u središnjem dijelu nalazi se neuralni žlijeb, koji se produbljuje i pretvara u neuralnu cijev - rudiment centralnog nervnog sistema. Iz prednjeg dijela neuralne cijevi formiraju se mozak i rudimenti očiju. U prednjem dijelu embrija iz ektoblasta se formiraju rudimenti organa sluha i mirisa. Epiblast stvara epidermu, kosu, perje i ljuske. Neuralni greben se pretvara u rudimente nervne supstance kralježnice, čeljusti. Od ektoderma, primarnog crijeva, unutrašnjeg epitela, rudimenata žlijezda itd. Iz mezoderma nastaju notohorda, somiti, mezehim i nefrotomi. Iz somita se razvijaju rudimenti dermisa, mišići zidova tijela, pršljenovi i skeletni mišići. Od mezenhima, rudimenata srca, glatkih mišića, krvnih sudova i same krvi. Nefrotomi stvaraju matericu, koru nadbubrežne žlijezde, uretere itd.

Tokom razvoja izvedenih zametnih listova, izgled embriona se mijenja. Postiže određeni oblik, dostiže određenu veličinu. Razvoj embrija završava se izleganjem iz jajeta ili rođenjem mladunčeta.

Postembrionalni razvoj.

Od trenutka kada se embrion izleže iz jajeta ili rođenja mladunčeta, počinje postembrionalni razvoj. Može biti direktna, kada je rođeni organizam po građi sličan odrasloj jedinki, i indirektna, kada embrionalni razvoj dovodi do razvoja larve, koja ima morfološke, anatomske i fiziološke razlike od odrasle osobe. Direktan razvoj karakterističan je za većinu kičmenjaka, koji uključuju gmizavce, ptice i sisare. Postembrionalni razvoj ovih organizama povezan je s jednostavnim rastom, koji već dovodi do kvalitativnih promjena - razvoja.

Životinje s indirektnim razvojem uključuju koelenterate, metilje, trakavice, ljuskare, insekte, mekušce, bodljokože, plaštače, vodozemce.

Indirektni razvoj se također naziva razvojem s metamorfozom. Izraz "metamorfoza" odnosi se na brze promjene koje se javljaju od larve do odraslog oblika. Larve obično služe kao faza raspršivanja, odnosno osiguravaju širenje vrste.

Ličinke se razlikuju od odrasle jedinke po svom staništu, biologiji hranjenja, načinu kretanja i karakteristikama ponašanja; zahvaljujući tome, vrsta može iskoristiti mogućnosti koje pružaju dva ekološka tipa tokom ontogeneze, što povećava njene šanse za opstanak. Mnoge vrste, poput vretenaca, hrane se i rastu samo u fazi larve. Larve igraju ulogu svojevrsne prelazne faze, tokom koje se vrsta može prilagoditi novim životnim uslovima. Osim toga, larve ponekad imaju fiziološku izdržljivost, zbog čega djeluju kao faza mirovanja u nepovoljnim uvjetima. Na primjer, majska buba prezimljuje u tlu u obliku ličinke. Ali u većini slučajeva, kod insekata, to se događa u drugoj fazi metamorfoze - u fazi kukuljice.

Konačno, stadijumi larvi ponekad imaju prednost u tome što je u tim fazama moguće povećanje broja ličinki. Kao što se dešava kod nekih pljosnatih crva.

Treba napomenuti da u mnogim slučajevima ličinke dostižu vrlo visoku organizaciju, kao, na primjer, larve insekata, kod kojih samo reproduktivni organi ostaju nerazvijeni.

Dakle, strukturne i funkcionalne promjene koje nastaju tijekom metamorfoze pripremaju organizam za odrasli život u novom staništu.

Biološki sat. Samoregulacija. Uticaj različitih faktora na razvoj organizma. Prilagođavanje organizma promenljivim uslovima, Anabioza.

U svim fazama razvoja - stadijum embriona, stadijum postembrionalnog razvoja, telo je pod uticajem faktora sredine - temperature, vlažnosti, svetlosti, resursa hrane itd.

Tijelo je posebno podložno utjecaju faktora okoline u fazi embriona i u fazi postembrionalnog razvoja. U fetalnoj fazi, kada se organizam razvija u majčinom tijelu i povezan je sa njom cirkulacijskim sistemom, ponašanje majke je odlučujuće za njegov normalan razvoj. Majka puši, fetus takođe “puši”. Majka pije alkohol, "pije alkohol" i fetus. Embrion je posebno podložan uticaju u 1-3 meseca svog razvoja. Normalan način života u postembrionalnom razvoju omogućava organizmu da normalno postoji do prirodne smrti. Organizam je genotipski prilagođen da postoji u određenom rasponu temperatura, vlažnosti, saliniteta i osvjetljenja. Potrebna mu je određena dijeta.

Morž, planinarenje Antarktikom, svemirski letovi, gladovanje, proždrljivost sigurno će dovesti do razvoja niza bolesti.

Zdrav način života ključ je dugovečnosti.

Sve biološke sisteme karakteriše veća ili manja sposobnost samoregulacije. Samoregulacija - stanje dinamičke postojanosti prirodnog sistema ima za cilj maksimalno ograničenje uticaja spoljašnje i unutrašnje sredine, održavajući relativnu konstantnost strukture i funkcija tela.

Osim toga, utjecaj različitih faktora na tijelo je izglađen kao rezultat formiranja složenog sistema fizioloških reakcija u organizmima na privremene - sezonske i, posebno, kratkoročne - dnevne promjene faktora okoline, koji su prikazano u biološkom satu. Primjer je jasno očuvanje cvjetanja biljaka u određeno doba dana.

Posebna vrsta prilagođavanja tijela promjenjivim uvjetima je anabioza - privremeno stanje tijela, u kojem su životni procesi toliko spori da su sve vidljive manifestacije života praktički odsutne. Sposobnost pada u anabiozu doprinosi preživljavanju organizama u izrazito nepovoljnim uvjetima. Anabioza je česta kod gljiva, mikroorganizama, biljaka i životinja. Kada nastupe povoljni uslovi, organizmi koji su pali u anabiozu vraćaju se aktivnom životu. Prisjetimo se osušenih rotifera, cista, spora itd.

Sve adaptacije organizama na promjenjive uvjete su proizvod prirodne selekcije. Prirodna selekcija je također odredila amplitudu djelovanja faktora okoline, što omogućava organizmu da normalno postoji.

Evolucijski proces i njegove zakonitosti.

Preduvjeti za nastanak evolucijske teorije Ch. Darwina.

Nastanku evolucijske teorije Charlesa Darwina, iznesene u njegovoj knjizi "Porijeklo vrsta", prethodio je dug razvoj biologije, njenih funkcionalnih i primijenjenih disciplina. Mnogo prije Charlesa Darwina, pokušavali su se objasniti prividna raznolikost organizama.Iznosile su se razne evolucijske hipoteze koje bi mogle objasniti sličnosti između životinjskih organizama. Ovdje treba spomenuti Aristotela, koji je u 4. vijeku pr. e. Formulirao je teoriju kontinuiranog i postepenog razvoja živih bića iz nežive materije, stvorio ideju o ljestvici prirode. U kasnom 18. vijeku, John Ray je stvorio koncept vrste. I 1771-78. K. Linnaeus je već predložio sistem biljnih vrsta. Biologija svoj dalji razvoj duguje ovom naučniku.

Radovi K. Linnaeusa.

Za vrijeme procvata K. Linnaeusa, koji pada na sredinu 18. vijeka, biologijom je dominirao metafizički koncept prirode, zasnovan na nepromjenjivosti i iskonskoj svrsishodnosti.

C. Linnaeus je imao pri ruci ogromne zbirke biljaka i počeo je da ih sistematizuje. Na osnovu učenja D. Raya o vrsti, počeo je grupirati biljke u volumenu ove kategorije. Tokom ovog perioda aktivnosti, K. Linnaeus stvara jezik botanike: definiše suštinu osobine i grupiše osobine u svojstva, stvarajući dijagnoze od kraja do kraja – opis vrsta. K. Linnaeus je legalizirao binarnu nomenklaturu vrsta. Svaka vrsta počela je da se naziva po dvije riječi na latinskom. Prvi označava generičku pripadnost, drugi je epitet vrste. Opisi vrsta pisani su i na latinskom. To je omogućilo da svi opisi budu dostupni naučnicima svih zemalja, budući da se latinski jezik izučavao na svim univerzitetima. Izuzetno dostignuće K. Linnaeusa bilo je stvaranje sistema biljaka i razvoj sistematskih kategorija. Na osnovu strukture reproduktivnih organa, K. Linnaeus je spojio sve poznate biljke u klase. Prvih 12 klasa razlikovalo se po broju prašnika: klasa 1 - pojedinačni prašnici, klasa 2 - dva prašnika itd. Biljke bez cvjetova su uključene u klasu 14. Ove biljke je nazvao mistogamnim. K. Linnaeus je podijelio klase u porodice, na osnovu strukture cvijeta i drugih organa. Od K. Linnaeusa potiču porodice poput Compositae, Umbelliferae, Cruciferae, itd. K. Linnaeus je podijelio porodice u rodove. K. Linnaeus je smatrao da je rod kategorija iz stvarnog života koju je stvorio tvorac. Smatrao je vrste varijantama rodova koji su se razvili od prvobitnog pretka. Tako je na nižim nivoima K. Linnaeus prepoznao postojanje evolutivnog procesa, koji za sada ostaje neprimjećen od strane nekih autora udžbenika i naučnopopularnih publikacija.

Značaj radova K. Linnaeusa je ogroman: ozakonio je binarnu nomenklaturu, uveo standardne opise vrsta, predložio sistem taksonomskih jedinica: vrsta, rod, porodica, klasa, red. I što je najvažnije, stvorio je sisteme biljaka i životinja, po svojoj naučnoj valjanosti, nadmašujući sve sisteme koji su postojali prije njega. Nazivaju se umjetnim, zbog malog broja korištenih karakteristika, ali upravo su sistemi K. Linnaeusa omogućili da se govori o raznolikosti vrsta i njihovim sličnostima. Jednostavnost sistema privukla je mnoge istraživače biologiji, dala podsticaj opisivanju novih vrsta i dovela biologiju na novu fazu razvoja. Biologija je počela da objašnjava živo, ali ne samo da ga opisuje.

Teorija evolucije J. B. Lamarcka.

Francuski biolog J. B. Lamarck je 1809. godine objavio knjigu Filozofija zoologije, koja opisuje mehanizam evolucije organskog svijeta. Lamarkova evoluciona teorija zasnivala se na dva zakona, koji su poznati kao zakon upražnjavanja i neizvršavanja organa i zakon nasljeđivanja stečenih karakteristika. Za Lamarka ovi zakoni zvuče ovako. Prvi zakon. “Kod svake životinje koja nije dostigla granicu svog razvoja, češća i nesmetana upotreba nekog organa jača ovaj organ, razvija ga, povećava i daje mu snagu, srazmjerno trajanju same upotrebe, dok stalna upotreba neupotreba organa neprimjetno ga slabi, dovodi do opadanja, progresivno umanjuje njegove sposobnosti i konačno uzrokuje njegov nestanak." Drugi zakon. “Sve što je priroda natjerala da dobije ili izgubi, čuva uzgajajući na drugim jedinkama.” Dakle, suština Lamarckove teorije je da pod uticajem okoline organizmi doživljavaju promjene koje su naslijeđene. Budući da su promjene individualne prirode, proces evolucije dovodi do raznih organizama. Klasičan primjer Lamarckovog mehanizma evolucije je pojava dugog vrata kod žirafe. Mnoge generacije njegovih kratkovratih predaka hranile su se lišćem drveća, zbog čega su morali da posežu sve više i više. Blago izduženje vrata koje se javljalo u svakoj generaciji prenosilo se na sljedeću generaciju sve dok taj dio tijela nije dostigao sadašnju dužinu.

Lamarckova teorija je odigrala značajnu ulogu u razvoju gledišta Charlesa Darwina. U stvari, vezu "okruženje - varijabilnost - naslijeđe" Darwin je preuzeo od Lamarcka. Lamarck je pronašao uzrok varijabilnosti. Razlog je životna sredina. Takođe je pokušao da kombinuje prenošenje promjena na potomstvo, odnosno mehanizme nasljeđa. Njegova teorija "kontinuiteta klice plazme" opstala je do kraja 19. veka.

Sa svojim ogromnim značajem i lakoćom percepcije, Lamarckova teorija evolucije nije dobila široko priznanje. Šta je razlog tome. Lamark je sugerirao da čovjek potiče od neke vrste četveroruke. Zbog toga je bio pod Napoleonom, koji je naredio uništenje njegove knjige. Lamarck je negirao stvarno postojanje vrste, što je protiv sebe okrenulo Linnaeusove obožavatelje, među kojima je bila većina biologa s početka 19. stoljeća. I na kraju, njegova glavna metodološka greška: "sve stečene osobine se nasljeđuju". Provjera ove odredbe nije dala 100% potvrdu, pa je cijela teorija dovedena u pitanje. Pa ipak, značaj teorije J.B. Lamarck je ogroman. On je bio taj koji je skovao termin - "faktori evolucije". A ti faktori su imali materijalnu osnovu.

Nesumnjivi pečat na svjetonazor C. Darwina dali su radovi J. Cuviera o fosilnim ostacima i C. Lyella, koji su demonstrirali progresivne promjene fosilnih ostataka.

Putujući oko svijeta na brodu "Bill", i sam Charles Darwin je mogao vidjeti i cijeniti raznolikost biljaka i životinja koje žive na različitim kontinentima u različitim uvjetima. A živeći u Engleskoj - zemlji s dobro razvijenom poljoprivredom, zemlji koja je na ostrvo donijela sve što je bilo na svijetu, Charles Darwin je mogao vidjeti rezultate "evolucijske" ljudske aktivnosti.

I naravno, najvažniji preduslov za nastanak evolucijske teorije Charlesa Darwina bio je sam Charles Darwin, čiji je genij bio u stanju da obuhvati, analizira sav ogroman materijal i stvori teoriju koja je postavila temelje darvinizma - doktrinu o evolucija živih organizama.

Glavne odredbe evolucijske teorije Ch. Darwina.

Teoriju evolucije prirodnom selekcijom formulirao je Charles Darwin 1839. godine. Evoluciona gledišta Ch. Darwina predstavljena su u cijelosti u knjizi "Porijeklo vrsta putem prirodne selekcije, ili očuvanje favoriziranih rasa u borbi za život".

Sam naslov knjige sugeriše da Darvin nije sebi postavio cilj da dokaže postojanje evolucije, na čije je postojanje isticao i Konfucije. U vrijeme kada je knjiga napisana, niko nije sumnjao u postojanje evolucije. Glavna zasluga Charlesa Darwina je što je objasnio kako se evolucija može dogoditi.

Putovanje na Biglu omogućilo je Darvinu da prikupi mnogo podataka o varijabilnosti organizama, što ga je uvjerilo da se vrste ne mogu smatrati nepromijenjenim. Vrativši se u Englesku, Charles Darwin je preuzeo praksu uzgoja golubova i drugih domaćih životinja, što ga je dovelo do koncepta umjetne selekcije kao metode uzgoja pasmina domaćih životinja i sorti kultiviranih biljaka. Odabirući odstupanja koja su mu potrebna, čovjek je, dovodeći ta odstupanja do potrebnih zahtjeva, stvorio za njega potrebne rase i sorte.

Prema Charlesu Darwinu, pokretačke snage ovog procesa bile su nasljedna varijabilnost i ljudska selekcija.

Međutim, C. Darwin je morao riješiti problem selekcije u prirodnim uvjetima. Mehanizam djelovanja izbora Charlesa Darwina potaknut je idejama koje je 1778. iznio T. Malthus u svom djelu “Treatise on Population”. Malthus je slikovito opisao situaciju do koje bi rast stanovništva mogao dovesti ako ga ničim ne sputava. Darwin je prenio Malthusovo razmišljanje na druge organizme i skrenuo pažnju na takve faktore: uprkos visokom reproduktivnom potencijalu, populacija ostaje konstantna. Upoređujući ogromnu količinu informacija, došao je do zaključka da bi u uslovima žestoke konkurencije među pripadnicima populacije, sve promene koje su povoljne u ovim uslovima povećale sposobnost jedinke da se razmnožava i ostavi za sobom plodno potomstvo, a nepovoljne promene očigledno su nepovoljni, a za one koji ih imaju organizme, šanse za uspješnu reprodukciju su smanjene. Sve je to poslužilo kao osnova za određivanje pokretačkih snaga (faktora evolucije, a to su, prema Darwinu, varijabilnost, naslijeđe, borba za postojanje, prirodna selekcija.

U suštini, glavno značenje evolucijske teorije Charlesa Darwina je da se evolucija odvija na temelju nastanka naslijeđenih promjena, odmjeravajući ih borbom za postojanje i odabirajući promjene koje omogućavaju organizmima pobjedu u intenzivnoj konkurenciji. Rezultat evolucije prema Charlesu Darwinu je pojava novih vrsta, što dovodi do raznolikosti flore i faune.

Pokretne sile (faktori) evolucije.

Pokretačke snage u evoluciji su: naslijeđe, varijabilnost, borba za postojanje, prirodna selekcija.

Nasljednost.

Naslijeđe je svojstvo svih živih organizama da čuvaju i prenose znakove i svojstva sa predaka na potomstvo. U vrijeme Charlesa Darwina priroda ovog fenomena nije bila poznata. Darwin je takođe pretpostavio prisustvo nasljednih faktora. Kritika ovih izjava od strane protivnika natjerala je Darwina da napusti svoja gledišta o lokaciji faktora, ali sama ideja o prisutnosti materijalnih faktora naslijeđa prožima čitavo njegovo učenje. Suština fenomena postala je jasna nakon što je T. Morgan razvio hromozomsku teoriju. Kada je dešifrovana i shvaćena struktura gena, mehanizam naslijeđa postao je sasvim jasan. Zasniva se na sledećim faktorima: karakteristike organizma (fenotip) su određene genotipom i okruženjem (brzina reakcije); znakovi organizma određuju se skupom proteina koji se formiraju od polipeptidnih lanaca sintetiziranih na ribosomima, informacija o strukturi sintetiziranog polipeptidnog lanca sadržana je na i-RNA, i-RNA prima ovu informaciju tokom perioda sinteze matriksa na dio DNK koji je gen; Geni se prenose sa roditelja na djecu i materijalna su osnova naslijeđa. U interkinezi, DNK se duplicira, a samim tim i geni. Tokom formiranja zametnih ćelija dolazi do smanjenja broja hromozoma, a prilikom oplodnje u zigoti se kombinuju ženski i muški hromozomi. Formiranje embriona i organizma odvija se pod uticajem gena i majčinog i očinskog organizma. Nasljeđivanje osobina odvija se u skladu sa zakonima nasljeđivanja G. Mendela ili po principu posredne prirode nasljeđivanja osobina. I diskretni i mutirani geni se nasljeđuju.

Dakle, sama nasljednost djeluje, s jedne strane, kao faktor koji čuva već uspostavljene karakteristike, s druge strane osigurava ulazak novih elemenata u strukturu organizma.

Varijabilnost.

Varijabilnost je opće svojstvo organizama u procesu ontogeneze da dobijaju nova svojstva. C. Darwin je primijetio da ne postoje dvije identične jedinke u jednom leglu, ne postoje dvije identične biljke uzgojene iz roditeljskog sjemena. Koncept oblika varijabilnosti razvio je Ch. Darwin na osnovu proučavanja pasmina domaćih životinja. Prema Ch. Darwinu, postoje sljedeći oblici varijabilnosti: definitivna, neodređena, korelativna, nasljedna, nenasljedna.

Određena varijabilnost povezana je sa pojavom kod velikog broja jedinki ili kod svih jedinki date vrste, sorte ili pasmine tokom ontogeneze. Promjenjivost mase prema Darwinu može se povezati s određenim uvjetima okoline. Dobro odabrana prehrana će dovesti do povećanja prinosa mlijeka za sve članove stada. Kombinacija povoljnih uslova doprinosi povećanju veličine zrna kod svih jedinki pšenice. Stoga se mogu predvidjeti promjene koje proizlaze iz određene varijabilnosti.

Neizvjesna varijabilnost povezana je s pojavom osobina kod pojedinca ili više jedinki. Takve promjene se ne mogu objasniti djelovanjem faktora okoline.

Relativna varijabilnost je vrlo zanimljiv fenomen. Pojava jednog znaka dovodi do pojave drugih. Dakle, povećanje dužine klipa žitarica dovodi do smanjenja dužine stabljike. Dakle, dobivši dobru žetvu, gubimo slamu. Povećanje udova kod insekata dovodi do povećanja mišića. A takvih je primjera mnogo.

C. Darwin je primijetio da se neke promjene koje se javljaju u ontogenezi manifestiraju na potomstvu, druge ne. Prvu je pripisao nasljednoj varijabilnosti, a drugu nenasljednoj. Darwin je također primijetio takvu činjenicu da se uglavnom nasljeđuju promjene povezane s neodređenom i relativnom varijabilnosti.

Darwin je smatrao djelovanje okoline primjerom određene varijabilnosti. Uzroke neodređene varijabilnosti Darvin nije mogao, otuda i sam naziv ovog oblika varijabilnosti.

Do sada su uzroci i mehanizam varijabilnosti manje-više jasni.

Moderna nauka razlikuje dva oblika varijabilnosti - mutacijsku ili genotipsku i kodifikacijsku ili fenotipsku.

Mutacijska varijabilnost povezana je s promjenom genotipa. Nastaje kao rezultat mutacija. Mutacije su rezultat izlaganja genotipu mutagena. Sami mutageni se dijele na fizičke, hemijske itd. Mutacije su genske, hromozomske, genomske. Mutacije se nasljeđuju sa genotipom.

Varijabilnost modifikacije je interakcija genotipa i okoline. Modifikaciona varijabilnost se manifestuje kroz brzinu reakcije, odnosno uticaj faktora sredine može promeniti ispoljavanje osobine u njenim ekstremnim granicama koje određuje genotip. Takve promjene se ne prenose na potomstvo, već se mogu pojaviti u sljedećoj generaciji ponavljanjem parametara faktora okoline.

Obično je darvinistička neodređena varijabilnost povezana s mutacijom, a definitivna s modifikacijom.

Borba za egzistenciju.

U središtu Darwinove teorije prirodne selekcije je borba za postojanje, koja nužno proizlazi iz bezgranične želje organizama za reprodukcijom. Ova želja je uvijek izražena u geometrijskim progresijama.

Darwin se u ovome poziva na Malthusa. Međutim, mnogo prije Malthusa, biolozi su znali za ovaj fenomen. Da, i zapažanja samog Darwina potvrdila su sposobnost živih bića za potencijalni intenzitet reprodukcije. Čak je i K. Linnaeus isticao da bi jedna muha, preko svog potomstva, mogla imati leš konja nekoliko dana prije kostiju.

Čak i slonovi koji se sporo razmnožavaju, prema proračunu Charlesa Darwina, mogli bi ovladati cijelom zemljom, ako bi za to postojali svi uslovi. Prema Darwinu, od jednog para slonova u 740 godina ispalo bi oko 19 miliona jedinki.

Zašto se potencijalni i stvarni natalitet toliko razlikuju?

Darwin odgovara i na ovo pitanje. On piše da je pravi značaj obilja jaja ili sjemena u pokrivanju njihovog značajnog gubitka uzrokovanog istrebljenjem u nekoj generaciji života, odnosno reprodukcija nailazi na otpor okoline. Na osnovu analize ovog fenomena, Charles Darwin uvodi koncept "borbe za postojanje".

“Koncept borbe za postojanje” može imati smisla i opravdati samo u Darwinovom širokom “metaforičkom” smislu: “uključujući ovdje ovisnost jednog bića od drugog, a također uključuje (što je još važnije) ne samo život jednog pojedinca, već takođe uspeh u odlasku nakon samih potomaka." Darwin piše: „O dvije životinje iz reda lavova, U periodu gladi, s pravom se može reći da se bore jedna s drugom za hranu i život. ALI kaže se da se i biljka na periferiji pustinje bori za život protiv suše, iako bi ispravnije bilo reći da zavisi od vlage. Za biljku koja godišnje proizvede hiljade sjemenki, od kojih u prosjeku izraste samo jedno, može se čak tačnije reći da se bori sa biljkama istog roda i drugim koji već pokrivaju tlo... u svim ovim saznanjima... Ja, radi pogodnosti, pribegavam opštem terminu borba za egzistenciju”.

Tekst „Poreklo vrsta“ potvrđuje raznovrsnost oblika borbe za egzistenciju, ali istovremeno pokazuje da u svim tim oblicima postoji element nadmetanja ili nadmetanja.

Intraspecifična borba odvija se u uslovima žestoke konkurencije, jer jedinke iste vrste zahtevaju iste uslove postojanja. Na prvom mjestu je uloga samog organizma i njegovih individualnih karakteristika. Primjećuje se važnost njegovih sredstava zaštite, njegove aktivnosti, njegove želje za reprodukcijom.

Borba za postojanje na nivou vrste jasno je aktivna, a njen intenzitet raste sa povećanjem gustine populacije.

Organizmi se međusobno takmiče u borbi za hranu, za ženku, za lovište, kao i u sredstvima zaštite od štetnih uticaja klime, u zaštiti potomstva.

Pogoršanje uslova ishrane, velika gustina naseljenosti, itd., omogućavaju opstanak najkonkurentnijima. Primjer intraspecifične borbe je situacija u krdu divljih jelena. Povećanje broja jedinki dovodi do povećanja gustine naseljenosti. Broj muškaraca u populaciji se povećava. Povećanje gustine naseljenosti dovodi do nedostatka hrane, pojave epidemija, borbe mužjaka za ženu itd. Sve to dovodi do uginuća jedinki i smanjenja populacije. Jači preživljavaju.

Dakle, intraspecifična borba doprinosi poboljšanju vrste, nastanku adaptacije na okolinu, na faktore koji uzrokuju ovu borbu.

Često međuspecifična borba ide u jednom pravcu. Klasičan primjer je odnos između zečeva i vukova. Dva zeca bježe od vuka. U jednom trenutku se raziđu i vuk ostaje bez ičega. Interspecifična borba doprinosi regulaciji populacija, uništavanju bolesnih ili slabih organizama.

Borba protiv faktora neorganske sredine tjera biljke da se prilagode novim uvjetima postojanja, tjera ih da povećaju svoju plodnost. S druge strane, utvrđuje se ograničenost vrste ili populacije na određene stanišne uslove. Jedinke bluegrassa koje rastu u prerijama i na ravnicama imaju uspravno stablo, a jedinke koje rastu u planinskim uslovima imaju stabljiku koja se diže. Kao rezultat borbe za egzistenciju, opstale su jedinke kod kojih je u ranim fazama razvoja stabljika pritisnuta uz tlo, odnosno bori se sa noćnim mrazevima; biljke koje su jako spuštene su i najizdržljivije u planinskim uslovima. .

Doktrina borbe za postojanje potvrđuje da je ovaj faktor pokretačka snaga evolucije. To je borba, kako god je nazvali, takmičenje, takmičenje. Prisiljava organizme da steknu nove osobine koje im omogućavaju pobjedu.

Faktor borbe za egzistenciju uzima u obzir i praktična aktivnost čovjeka. Prilikom sadnje biljaka iste vrste potrebno je pridržavati se određene udaljenosti između pojedinaca. Prilikom poribljavanja akumulacija s vrijednim vrstama ribe, iz njega se uklanjaju grabežljivci i niskovrijedne vrste. Prilikom izdavanja dozvola za granatiranje vukova uzima se u obzir broj jedinki i sl.

Prirodna selekcija.

„Prirodna selekcija ne ide kroz odabir najprilagođenijih, već kroz istrebljenje oblika koji su najprilagođeniji uslovima životne sredine“, kaže Čarls Darvin u Poreklu vrsta. Prirodna selekcija se zasniva na sledećim pretpostavkama: a) jedinke bilo koje vrste, kao rezultat varijabilnosti, biološki nisu jednake uslovima životne sredine; neki od njih u većoj meri odgovaraju uslovima životne sredine, drugi u manjoj meri; b) jedinke bilo koje vrste se bore sa faktorima sredine koji su im nepovoljni i međusobno se takmiče. U procesu ove borbe i nadmetanja, "po pravilu - istrebljenjem nezadovoljavajućih" - opstaju najprilagođeniji oblici. Iskustvo najsposobnijih je povezano sa procesima divergencije, tokom kojih se, pod stalnim uticajem prirodne selekcije, formiraju novi intraspecifični oblici. Potonji su sve više izolirani i služe kao izvor formiranja novih vrsta i njihovog progresivnog razvoja. Prirodna selekcija – stvara nove oblike života, stvara neverovatnu prilagodljivost živih formi, obezbeđuje proces povećanja organizacije, raznovrsnosti života.

Selekcija počinje na nivou na kojem je konkurencija među pojedincima najveća. Okrenimo se klasičnom primjeru o kojem je pisao i sam Charles Darwin. U brezovoj šumi prevladavaju svijetli leptiri. To sugerira da su leptiri svijetlih boja zamijenili leptire tamnim i šarolikim bojama. Ovaj proces je bio pod uticajem prirodne selekcije za najbolju zaštitnu boju. Kada se breza na određenom području zamijeni stijenama s tamnom bojom kore, leptiri svijetle boje počinju nestajati - jedu ih ptice. Dio populacije tamne boje koji ostaje u neznatnom broju počinje se brzo razmnožavati. Postoji izbor jedinki koje imaju šansu da prežive i daju plodno potomstvo. U ovom slučaju govorimo o međugrupnom takmičenju, odnosno selekcija se odvija između već postojećih oblika.

Pojedinci su takođe podložni prirodnoj selekciji. Svako malo odstupanje koje daje prednost pojedincu u borbi za egzistenciju može se pokupiti prirodnom selekcijom. Ovo je kreativna uloga selekcije. Uvijek djeluje na pozadini pokretnog materijala koji se stalno mijenja u procesima mutacije i kombinacije.

Prirodna selekcija je glavna pokretačka snaga evolucije.

Vrste (oblici) prirodne selekcije.

Postoje dvije glavne selekcije: stabilizirajuća i usmjerena.

Stabilizirajuća selekcija se dešava u slučajevima kada su fenotipske osobine maksimalno usklađene sa uslovima sredine, a konkurencija je prilično slaba. Takva selekcija djeluje u cijeloj populaciji, uništavajući pojedince s ekstremnim devijacijama. Na primjer, postoji neka optimalna dužina krila za vreten konj određene veličine s određenim načinom života u datom okruženju. Stabilizirajuća selekcija djeluje kroz diferencijalni uzgoj, uništit će one vretenca koji imaju raspon krila veći ili manji od optimalnog. Stabilizirajuća selekcija ne promiče evolucijsku promjenu, ali održava fenotipsku stabilnost populacije iz generacije u generaciju.

Usmjerena (pokretna) selekcija. Ovaj oblik selekcije javlja se kao odgovor na postepenu promjenu uslova okoline. Usmjerena selekcija utječe na raspon fenotipova koji postoje u datoj populaciji i vrši selektivni pritisak koji pomjera prosječni fenotip u jednom ili drugom smjeru. Nakon što novi fenotip dođe u optimalnu korespondenciju s novim uvjetima okoline, u igru ​​dolazi stabilizacijska selekcija.

Usmjerena selekcija vodi do evolucijskih promjena. Evo jednog primjera.

Otkriće antibiotika 1940-ih stvorilo je snažan pritisak selekcije u korist bakterijskih sojeva koji su genetski otporni na antibiotike. Bakterije se vrlo snažno razmnožavaju, kao rezultat slučajne mutacije može se pojaviti rezistentna stanica čiji će potomci procvjetati zbog nedostatka konkurencije drugih bakterija koje uništava ovaj antibiotik.

umjetna selekcija.

Umjetna selekcija je metoda uzgoja novih rasa domaćih životinja ili biljnih sorti.

Čovjek od najranijih vremena svoje civilizacije koristi umjetnu selekciju u uzgoju biljaka i životinja. Darwin je koristio podatke iz umjetne selekcije da objasni mehanizam prirodne selekcije. Glavni faktori vještačke selekcije su naslijeđe, varijabilnost, djelovanje osobe koja nasljedna odstupanja nastoji dovesti do apsurda i selekcija. Varijabilnost, kao svojstvo svih organizama da se mijenjaju, daje materijal za selekciju – različite serije odstupanja. Osoba, uočivši odstupanja koja su mu potrebna, prelazi na selekciju. Veštačka selekcija se zasniva na izolaciji prirodnih populacija ili jedinki sa potrebnim odstupanjima i selektivnom ukrštanju organizama koji imaju osobine koje su poželjne za čoveka.

Selekcija goveda Cherneford i Aberdeen-Angus je vršena za količinu i kvalitet mesa, Chernzey i Jersey rase - za proizvodnju mlijeka. Ovce Champshire i Suffalan rase brzo sazrijevaju i daju dobro meso, ali su manje izdržljive i manje aktivne u ishrani od, na primjer, škotskih crnih ovaca. Ovi primjeri pokazuju da je nemoguće spojiti sve osobine potrebne za maksimalan ekonomski učinak u jednoj rasi.

Umjetnom selekcijom osoba stvara usmjereno selektivno djelovanje koje dovodi do promjene frekvencija alela i genotipova u populaciji. Ovo je evolucijski mehanizam koji vodi do pojave novih rasa, linija, sorti, rasa i podvrsta. Genofondovi svih ovih grupa su izolovani, ali zadržavaju osnovnu strukturu gena i hromozoma karakterističnu za vrstu kojoj još uvek pripadaju. Nije u moći čovjeka da stvori novu vrstu ili obnovi izumrlu!

Darwin je razlikovao metodičku ili sistematsku selekciju i nesvjesnu selekciju unutar umjetne selekcije. Metodičkom selekcijom uzgajivač je sebi postavio sasvim određen cilj, proizvesti nove rase koje nadmašuju sve što je stvoreno u ovom pravcu. Nesvjesna selekcija ima za cilj očuvanje već postojećih kvaliteta.

U modernom uzgoju postoje dva oblika vještačke selekcije: inbreeding i vanbreding. Inbreeding se zasniva na selektivnom ukrštanju blisko povezanih jedinki u cilju očuvanja i širenja posebno poželjnih osobina. Outbreeding je ukrštanje jedinki iz genetski različitih populacija. Potomci takvih ukrštanja obično su superiorniji od svojih roditelja.

Pojava uređaja. Relativna priroda fitnesa.

Rezultat prirodne selekcije je pojava znakova koji omogućavaju organizmima da se prilagode uslovima postojanja. Odatle je došla ideja o adaptivnoj prirodi evolucije. Na osnovu proučavanja nastanka adaptacija (adaptacija) nastao je čitav pravac u biologiji - doktrina adaptacija. Adaptivni znakovi ili adaptacije dijele se na fiziološke i morfološke.

Fiziološke adaptacije. Obilje i veliki značaj za vitalnost organizma malih fizioloških mutacija doprinosi tome da diferencijacija počinje u populacijama. To je razumljivo ako su mutacije po svojoj prirodi biološke promjene koje prvenstveno dovode do promjena u procesima unutarćelijskog metabolizma, a tek kroz to do morfoloških transformacija. Primjeri su takve osobine organizma kao što su otpornost na poznate temperature, sposobnost akumulacije hranjivih tvari, opća aktivnost itd. Lako daju pomak u oba smjera, a u oba slučaja mogu biti povoljni. Proučavanje klijavosti sjemena crvene djeteline na različitim temperaturama pokazalo je da se najveći postotak klijanja daje pri +12C, ali neka sjemena klija samo u rasponu od +4-10C. To doprinosi opstanku vrste na niskim proljetnim temperaturama.

Pigmentacija životinja u svom razvoju i varijabilnosti približava se fiziološkim karakteristikama. Veći ili niži intenzitet boje može imati zaštitne vrijednosti pod odgovarajućim općim uvjetima pozadine i osvjetljenja. To su već morfološke adaptacije.

Harrisonove poznate studije pokazale su mehanizam same pojave razlika u obojenosti dvije populacije leptira koje su nastale iz jedne kontinuirane populacije kada je šuma podijeljena širokom čistinom. U onom dijelu šume gdje je bor zamijenjen brezom, prirodna selekcija (pretežno jedenje tamnijih primjeraka od strane ptica) dovela je do značajnog osvjetljenja populacije leptira.

Čak je i C. Darwin skrenuo pažnju na činjenicu da su insekti sa ostrva ili dobri letači ili imaju smanjena krila. Takav fenomen kao što je smanjenje organa koji su izgubili svoj značaj nije teško objasniti, jer je većina mutacija povezana upravo s fenomenom nerazvijenosti.

Analiza adaptacija je pokazala da one dozvoljavaju organizmima da prežive samo pod određenim uslovima. To se može razumjeti čak i analizom primjera koje smo naveli. Kada se stabla breze poseku, laki leptiri postaju lak plen ptica. Iste ptice koje su se pojavile ispod ostrva uništavaju insekte smanjenih krila. Ove činjenice već pokazuju da fitnes nije apsolutna, već relativna.

Dokazi za evoluciju organskog svijeta.

Darvinizam je dugo bio općeprihvaćena doktrina. Iz najnižih darvinističkih ideja mogu se objasniti sve istorijske transformacije organskog svijeta na Zemlji.

Krajem 19. veka, kada je broj pristalica evolucionog učenja Čarlsa Darvina bio manji od protivnika, sledbenici Čarlsa Darvina počeli su da prikupljaju dokaze o postojanju evolucije organskog sveta.

Rad u ovom pravcu odvijao se u oblastima paleontologije, komparativne morfologije, komparativne anatomije, embriologije, biogeografije, biohemije itd.

Paleontološki nalazi kao dokaz evolucije.

Tokom postojanja naučne biologije, nakupili su se brojni paleontološki nalazi izumrlih biljaka i životinja. Ovi nalazi su postali posebno vrijedni kada su naučnici naučili odrediti starost naslaga u kojima su pronađeni. Bilo je moguće ne samo obnoviti izgled fosilnih organizama, već i naznačiti vrijeme kada su živjeli na našoj planeti. Tako su pronađeni ostaci sjemenske paprati, koje su bile posredni oblik između paprati i sjemenskih biljaka. Otkriven je stegocefalus - srednji oblik između riba i vodozemaca. Iz permskih naslaga poznat je životinjski gušter, koji je međuoblik između gmizavaca i sisara. Takvih primjera ima još mnogo.

Uporedni morfološki i embriološki dokazi evolucije.

Uporedni morfološki dokazi zasnovani su na pojmovima: analogija i homologija organa, na konceptu rudimenata i atavizama. Posebno su vrijedni u procesu dokazivanja evolucije homologija, rudimenti i atavizmi.

Primjeri homolognih organa uključuju prednje udove kičmenjaka; žablje šape, gušteri, ptičja krila, peraje vodenih sisara, krtičje šape, ljudske ruke. Svi oni imaju jedinstven strukturni plan i čine evolutivno-morfološki rod. Takav jasni dokaz evolucije uključuje prisustvo u ljudskoj rasi "repavih ljudi" i ljudi čija linija kose prekriva cijelu površinu tijela.

Jedan od glavnih dokaza evolucije smatra se informacija o embrionalnom razvoju organizama, što je doprinijelo nastanku novog pravca u biologiji - evolucijske biologije. U prilog evoluciji ide već činjenica da sve višećelijske životinje u svom embrionalnom razvoju imaju zametne slojeve, iz kojih se na različite načine formiraju različiti organi. Embrion u svom razvoju, takoreći, "pamti" faze kroz koje su prošli njegovi preci.

Dokazi o evoluciji iz ekologije i geografije.

Biohemijski dokazi za evoluciju.

Upečatljiv dokaz evolucije je prisustvo jednog nasljednog materijala - DNK i sposobnost različitih grupa organizama da "uključuju" različite dijelove genoma u procesu života!

Glavni pravci evolutivnog procesa.

Proces evolucije teče kontinuirano u znaku prilagođavanja organizama okolini.

Glavnim pravcima evolucijskog procesa treba smatrati biološki napredak, biološku stabilizaciju, biološku regresiju.

Jasne definicije ovih pojava dao je A. N. Severtsov.

Biološki napredak znači povećanje prilagodljivosti organizma okolini, što dovodi do povećanja broja i šire distribucije date vrste u prostoru. Primjer biološkog napretka je evolucija respiratornog sistema od disanja na škrge do plućnog disanja. Upravo je taj proces doveo do osvajanja kopnenog i vazdušnog prostora od strane životinja.

Prema A.N. Severtsovu, biološka stabilizacija znači održavanje tjelesne kondicije na određenom nivou. Tijelo se mijenja u skladu sa promjenama u okruženju. Njegov broj se ne povećava, ali se ni ne smanjuje.

Kod biljaka, sa smanjenjem prosječne godišnje temperature, povećava se broj dlaka koje pokrivaju epidermu. Ovaj fenomen omogućava svim jedinkama da prežive, ali nema prednosti između drugih vrsta, jer pokazuju istu reakciju.

Biološki napredak je od najveće važnosti u evoluciji, stoga se u biologiji mnogo pažnje poklanja proučavanju biološkog napretka.

Glavnim pravcima biološkog napretka smatraju se aromorfoze i ideoadaptacija, a među ostalim pravcima biološkog napretka može se navesti i opšta degeneracija.

Aromorfoze su adaptivne promjene u kojima dolazi do proširenja životnih uvjeta povezanih s komplikacijom organizacije i povećanjem vitalne aktivnosti. Klasičnim primjerom aromorfoze treba smatrati poboljšanje pluća kod ptica i sisara, potpuno odvajanje arterijske i venske krvi u srcu ptica i sisara, razdvajanje funkcija u plastidama viših biljaka.

Ideološke adaptacije su pravci evolucije u kojima se neke adaptacije zamjenjuju drugima koje su im biološki ekvivalentne. Ideološke adaptacije su, za razliku od aromorfoza, privatne prirode. Primjer ideoloških adaptacija je evolucija oralnog aparata insekata, koji je formiran kako bi odgovarao okolišu i koevoluciji.

Opća degeneracija - adaptivne promjene kod odraslih potomaka, u kojima se smanjuje ukupna energija vitalne aktivnosti. Odnosi se na pravce biološkog napretka jer smanjenje nekih organa koje nastaje tokom degeneracije je praćeno kompenzatornim razvojem drugih organa. Tako je kod pećinskih i podzemnih životinja smanjenje organa vida praćeno kompenzacijskim razvojem drugih osjetilnih organa.

Human Origins.

U antropologiji postoji nekoliko gledišta o tome kada je ljudska grana postala izolirana. Prema jednoj hipotezi, prije oko 10 miliona godina, ljudi majmuna bili su podijeljeni u tri vrste. Jedna vrsta - pragorile - otišla je u planinske šume, gdje su se zadovoljile vegetarijanskom hranom. Druga vrsta - prošimpanza - izabrala je grupni način života. Glavna hrana za njega su bili majmuni malih vrsta. Treća vrsta - predljudska - preferirala je lov u bogatom životu savane. To je bila grana koja je dovela do modernog čovjeka.

Prema modernoj hipotezi koju je izneo Tim Vyton, antropolog sa Kalifornijskog univerziteta u Berkliju, tek pre pet miliona godina došlo je do razdvajanja grana pračoveka i majmuna. Timan White smatra da se Australopithecus ramidus, koji se pojavio u to vrijeme, ovisno o okolnostima, kretao ili na četiri ili na dva uda. I vjerovatno je prošlo stotine hiljada godina prije nego što je mješoviti pokret zamijenjen dvonošom.

Prije otprilike tri miliona godina, grana čovjeka je dala dvije linije razvoja. Jedan od njih je doveo do cijele galaksije uspravnih vrsta Australopithecusa, a drugi je doveo do pojave novog roda, nazvanog Homo.

Opća biologija.

Dodatak za upis na univerzitete.

Sastavio: Galkin M. A.

Priručnik predstavlja materijal iz kursa opšte biologije, u rasponu od teorije o nastanku života na Zemlji do učenja o biosferi.

Priručnik je namijenjen aplikantima, srednjoškolcima, studentima pripremnih kurseva i odsjeka.

Predgovor.

Priručnik je sastavljen u skladu sa programom za kandidate na univerzitetima Ruske Federacije, gdje je biologija opšteobrazovni predmet.

Svrha ovog priručnika je da pomogne kandidatu da se pripremi za prijemne ispite. Po tome se razlikuje od školskog udžbenika "Opšta biologija", koji je kognitivne prirode.

Prilikom sastavljanja priručnika, prije svega, uzeti su u obzir zahtjevi za prijemne ispite. Ovo se odnosi i na sadržaj i na obim materijala datog u priručniku.

Dodatak je namijenjen kandidatima koji su završili srednju školu ili studiraju opštu biologiju na pripremnim odjeljenjima.

Priručnik ne uključuje neke dijelove koji se tradicionalno razmatraju u predmetu "Opća biologija". To su “ćelijska struktura”, “ćelijska dioba”, “fotosinteza”.

Materijal o ovim odjeljcima detaljno je opisan u priručniku za kandidate za univerzitete koji je sastavio Galkin M.A.

Svi komentari i prijedlozi u vezi sa formom i sadržajem priručnika biće prihvaćeni sa zahvalnošću.

Ručni kompajler.