Σχέδιο διάλεξης:

1. Η συνάφεια της βιολογικής γνώσης στον σύγχρονο κόσμο. Η θέση της γενικής βιολογίας στο σύστημα των βιολογικών επιστημών.

2. Μέθοδοι μελέτης.

3. Η έννοια της «ζωής» και οι ιδιότητες των ζωντανών.

4. Επίπεδα οργάνωσης των ζωντανών.

5. Πρακτική αξία της βιολογίας.

1. Η συνάφεια της βιολογικής γνώσης στον σύγχρονο κόσμο.

Η ΒΙΟΛΟΓΙΑ είναι η επιστήμη της ζωής σε όλες τις εκδηλώσεις και τα μοτίβα της που διέπουν τη ζωντανή φύση. Το όνομά του προέκυψε από συνδυασμό δύο ελληνικών λέξεων: BIOS - ζωή, ΛΟΓΟΣ - διδασκαλία. Αυτή η επιστήμη μελετά όλους τους ζωντανούς οργανισμούς.

Ο όρος «βιολογία» εισήχθη στην επιστημονική κυκλοφορία από τον Γάλλο επιστήμονα J. B. Lamarck το 1802. Αντικείμενο της βιολογίας είναι οι ζωντανοί οργανισμοί (φυτά, ζώα, μύκητες, βακτήρια), η δομή, οι λειτουργίες, η ανάπτυξη, η προέλευση, η σχέση τους με το περιβάλλον.

Στον οργανικό κόσμο διακρίνονται 5 βασίλεια: βακτήρια (χόρτο), φυτά, ζώα, μύκητες, ιοί. Αυτοί οι ζωντανοί οργανισμοί μελετώνται αντίστοιχα από τις επιστήμες: βακτηριολογία και μικροβιολογία, βοτανική, ζωολογία, μυκητολογία, ιολογία. Κάθε μια από αυτές τις επιστήμες χωρίζεται σε ενότητες. Για παράδειγμα, η ζωολογία περιλαμβάνει την εντομολογία, τη θειολογία, την ορνιθολογία, την ιχθυολογία και άλλες. Κάθε ομάδα ζώων μελετάται σύμφωνα με ένα σχέδιο: ανατομία, μορφολογία, ιστολογία, ζωογεωγραφία, ηθολογία κ.λπ. Εκτός από αυτές τις ενότητες, μπορεί κανείς επίσης να ονομάσει: βιοφυσική, βιοχημεία, βιομετρία, κυτταρολογία, ιστολογία, γενετική, οικολόγοι, αναπαραγωγή, διαστημική βιολογία, γενετική μηχανική και πολλά άλλα.

Έτσι, η σύγχρονη βιολογία είναι ένα σύμπλεγμα επιστημών που μελετούν τα έμβια όντα.

Αλλά αυτή η διαφοροποίηση θα οδηγούσε την επιστήμη σε αδιέξοδο αν δεν υπήρχε η ενσωμάτωση της επιστήμης - γενική βιολογία.Ενώνει όλες τις βιολογικές επιστήμες σε θεωρητικό και πρακτικό επίπεδο.

· Τι μελετά η γενική βιολογία;

Η γενική βιολογία μελετά τα πρότυπα ζωής σε όλα τα επίπεδα της οργάνωσής της, τους μηχανισμούς των βιολογικών διεργασιών και φαινομένων, τους τρόπους ανάπτυξης του οργανικού κόσμου και την ορθολογική χρήση του.

· Τι μπορεί να ενώσει όλες τις βιολογικές επιστήμες;

Η γενική βιολογία παίζει ενοποιητικό ρόλο στο σύστημα γνώσης για την άγρια ​​ζωή, καθώς συστηματοποιεί γεγονότα που έχουν μελετηθεί προηγουμένως, το σύνολο των οποίων καθιστά δυνατό τον εντοπισμό των κύριων προτύπων του οργανικού κόσμου.

· Ποιος είναι ο σκοπός της γενικής βιολογίας;

Εφαρμογή εύλογης χρήσης, προστασίας και αναπαραγωγής της φύσης.

2. Μέθοδοι για τη μελέτη της βιολογίας.

Οι κύριες μέθοδοι βιολογίας είναι:

παρατήρηση(σας επιτρέπει να περιγράψετε βιολογικά φαινόμενα),

σύγκριση(καθιστά δυνατή την εύρεση κοινών προτύπων στη δομή, τη ζωή διαφόρων οργανισμών),

πείραμα ή εμπειρία (βοηθά τον ερευνητή να μελετήσει τις ιδιότητες των βιολογικών αντικειμένων),

πρίπλασμα(μιμούνται πολλές διαδικασίες που είναι απρόσιτες για άμεση παρατήρηση ή πειραματική αναπαραγωγή),

ιστορική μέθοδος (επιτρέπει, βάσει δεδομένων για τον σύγχρονο οργανικό κόσμο και το παρελθόν του, να γνωρίσουμε τις διαδικασίες ανάπτυξης της ζωντανής φύσης).

Η γενική βιολογία χρησιμοποιεί μεθόδους άλλων επιστημών και πολύπλοκες μεθόδους που σας επιτρέπουν να μελετάτε και να επιλύετε τις εργασίες.

1. ΠΑΛΑΙΟΝΤΟΛΟΓΙΚΗ μέθοδος, ή μορφολογική μέθοδος μελέτης. Η βαθιά εσωτερική ομοιότητα των οργανισμών μπορεί να δείξει τη σχέση των συγκριτικών μορφών (ομολογία, αναλογία οργάνων, υποτυπώδη όργανα και αταβισμοί).

2. ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ - ΕΙΒΡΥΟΛΟΓΙΚΗ - αναγνώριση ομοιότητας βλαστικής σειράς, έργο του K. Baer, ​​η αρχή της ανακεφαλαίωσης.

3. COMPLEX - μέθοδος τριπλού παραλληλισμού.

4. BIOGEOGRAPHIC - σας επιτρέπει να αναλύσετε τη γενική πορεία της εξελικτικής διαδικασίας σε ποικίλες κλίμακες (σύγκριση χλωρίδας και πανίδας, χαρακτηριστικά κατανομής κοντινών μορφών, μελέτη λειψάνων μορφών).

5. ΠΛΗΘΥΣΜΟΣ - σας επιτρέπει να συλλάβετε την κατεύθυνση της φυσικής επιλογής αλλάζοντας την κατανομή των τιμών των χαρακτηριστικών σε πληθυσμούς σε διαφορετικά στάδια της ύπαρξής του ή όταν συγκρίνετε διαφορετικούς πληθυσμούς.

6. ΑΝΟΣΟΛΟΓΙΚΟ - επιτρέπει με υψηλό βαθμό ακρίβειας τον εντοπισμό της «σχέσης αίματος» διαφορετικών ομάδων.

7. ΓΕΝΕΤΙΚΟ - σας επιτρέπει να προσδιορίσετε τη γενετική συμβατότητα των συγκρίσιμων μορφών και, επομένως, να προσδιορίσετε τον βαθμό σχέσης.

Δεν υπάρχει ενιαία «απόλυτη» ή τέλεια μέθοδος. Καλό είναι να τα χρησιμοποιείτε συνδυαστικά, αφού είναι συμπληρωματικά.

3. Η έννοια της «ζωής» και οι ιδιότητες των ζωντανών.

Τι είναι η ζωή?
Ένας από τους ορισμούς πριν από περισσότερα από 100 χρόνια δόθηκε από τον Φ. Ένγκελς: «Η ζωή είναι τρόπος ύπαρξης πρωτεϊνικών σωμάτων, απαραίτητη προϋπόθεση για τη ζωή είναι ένας σταθερός μεταβολισμός, με τον τερματισμό του οποίου σταματά και η ζωή».

Σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις, η ζωή είναι ένας τρόπος ύπαρξης ανοιχτών κολλοειδών συστημάτων που έχουν τις ιδιότητες αυτορρύθμισης, αναπαραγωγής και ανάπτυξης με βάση τη γεωχημική αλληλεπίδραση πρωτεϊνών, νουκλεϊκών οξέων και άλλων ενώσεων λόγω του μετασχηματισμού ουσιών και ενέργειας από το εξωτερικό περιβάλλον.

Η ζωή προκύπτει και προχωρά με τη μορφή άκρως οργανωμένων ολοκληρωμένων βιολογικών συστημάτων. Βιοσυστήματαείναι οι οργανισμοί, οι δομικές τους μονάδες (κύτταρα, μόρια), τα είδη, οι πληθυσμοί, οι βιογεωκαινώσεις και η βιόσφαιρα.

Τα ζωντανά συστήματα έχουν μια σειρά από κοινές ιδιότητες και χαρακτηριστικά που τα διακρίνουν από την άψυχη φύση.

1. Όλα τα βιοσυστήματα χαρακτηρίζονται υψηλή τάξη, τα οποία μπορούν να διατηρηθούν μόνο χάρη στις διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα σε αυτά. Η σύνθεση όλων των βιοσυστημάτων που βρίσκονται πάνω από το μοριακό επίπεδο περιλαμβάνει ορισμένα στοιχεία (98% της χημικής σύνθεσης πέφτει σε 4 στοιχεία: άνθρακα, οξυγόνο, υδρογόνο, άζωτο και στη συνολική μάζα των ουσιών το κύριο μερίδιο είναι νερό - τουλάχιστον 70 - 85%). Η τάξη του κυττάρου εκδηλώνεται στο γεγονός ότι χαρακτηρίζεται από ένα ορισμένο σύνολο κυτταρικών συστατικών και η τάξη της βιογεωκένωσης είναι ότι περιλαμβάνει ορισμένες λειτουργικές ομάδες οργανισμών και το άψυχο περιβάλλον που σχετίζεται με αυτές.
2. Κυτταρική δομή: Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί έχουν κυτταρική δομή, με εξαίρεση τους ιούς.

3. Μεταβολισμός. Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί είναι ικανοί να ανταλλάσσουν ουσίες με το περιβάλλον, να απορροφούν από αυτό ουσίες απαραίτητες για τη διατροφή και την αναπνοή και να απελευθερώνουν άχρηστα προϊόντα. Η έννοια των βιοτικών κύκλων είναι ο μετασχηματισμός των μορίων που εξασφαλίζουν τη σταθερότητα του εσωτερικού περιβάλλοντος του σώματος και, επομένως, τη συνέχεια της λειτουργίας του σε συνεχώς μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες (διατήρηση ομοιόστασης).
4. Αναπαραγωγή, ή αυτοαναπαραγωγή, - την ικανότητα των ζωντανών συστημάτων να αναπαράγουν το δικό τους είδος. Αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται σε όλα τα επίπεδα της οργάνωσης του ζωντανού.
α) αντιγραφή DNA - σε μοριακό επίπεδο.
β) διπλασιασμός πλαστιδίων, κεντρολίων, μιτοχονδρίων στο κύτταρο - σε υποκυτταρικό επίπεδο.
γ) κυτταρική διαίρεση με μίτωση - σε κυτταρικό επίπεδο.
δ) διατήρηση της σταθερότητας της κυτταρικής σύνθεσης λόγω της αναπαραγωγής μεμονωμένων κυττάρων - σε επίπεδο ιστού.
ε) σε οργανικό επίπεδο, η αναπαραγωγή εκδηλώνεται με τη μορφή ασεξουαλικής αναπαραγωγής ατόμων (αύξηση του αριθμού των απογόνων και η συνέχεια των γενεών πραγματοποιείται λόγω της μιτωτικής διαίρεσης των σωματικών κυττάρων) ή σεξουαλικής αναπαραγωγής (αύξηση ο αριθμός των απογόνων και η συνέχεια των γενεών παρέχονται από τα γεννητικά κύτταρα – γαμέτες).
5. Κληρονομικότηταείναι η ικανότητα των οργανισμών να μεταδίδουν τα χαρακτηριστικά, τις ιδιότητες και τα αναπτυξιακά τους χαρακτηριστικά από γενιά σε γενιά. .
6. Μεταβλητότητα- αυτή είναι η ικανότητα των οργανισμών να αποκτούν νέα σημάδια και ιδιότητες. βασίζεται σε αλλαγές σε βιολογικές μήτρες - μόρια DNA.
7. Ανάπτυξη και ανάπτυξη. Η ανάπτυξη είναι μια διαδικασία που οδηγεί σε αλλαγή στο μέγεθος ενός οργανισμού (λόγω της κυτταρικής ανάπτυξης και διαίρεσης). Η ανάπτυξη είναι μια διαδικασία που έχει ως αποτέλεσμα μια ποιοτική αλλαγή στον οργανισμό. Σύμφωνα με την ανάπτυξη της ζωντανής φύσης - η εξέλιξη νοείται ως μια μη αναστρέψιμη, κατευθυνόμενη, τακτική αλλαγή σε αντικείμενα ζωντανής φύσης, η οποία συνοδεύεται από την απόκτηση προσαρμογής (προσαρμογές), την εμφάνιση νέων ειδών και την εξαφάνιση προϋπαρχουσών μορφών. Η ανάπτυξη της ζωντανής μορφής της ύπαρξης της ύλης αντιπροσωπεύεται από την ατομική ανάπτυξη, ή οντογένεση, και την ιστορική ανάπτυξη, ή τη φυλογένεση.
8. Καταλληλότητα. Αυτή είναι η αντιστοιχία μεταξύ των χαρακτηριστικών των βιοσυστημάτων και των ιδιοτήτων του περιβάλλοντος με το οποίο αλληλεπιδρούν. Η φυσική κατάσταση δεν μπορεί να επιτευχθεί μια για πάντα, καθώς το περιβάλλον αλλάζει συνεχώς (συμπεριλαμβανομένων των επιπτώσεων των βιοσυστημάτων και της εξέλιξής τους). Επομένως, όλα τα ζωντανά συστήματα είναι σε θέση να ανταποκριθούν στις περιβαλλοντικές αλλαγές και να αναπτύξουν προσαρμογές σε πολλές από αυτές. Μακροχρόνιες προσαρμογές των βιοσυστημάτων πραγματοποιούνται λόγω της εξέλιξής τους. Παρέχονται βραχυπρόθεσμες προσαρμογές κυττάρων και οργανισμών λόγω της ευερεθιστότητάς τους.
9 . Ευερέθιστο. Η ικανότητα των ζωντανών οργανισμών να ανταποκρίνονται επιλεκτικά σε εξωτερικές ή εσωτερικές επιρροές. Η αντίδραση των πολυκύτταρων ζώων στον ερεθισμό πραγματοποιείται μέσω του νευρικού συστήματος και ονομάζεται αντανακλαστικό. Οι οργανισμοί που δεν έχουν νευρικό σύστημα στερούνται επίσης αντανακλαστικά. Σε τέτοιους οργανισμούς, η αντίδραση στον ερεθισμό πραγματοποιείται με διάφορες μορφές:
α) τα ταξί είναι κατευθυνόμενες κινήσεις του σώματος προς το ερέθισμα (θετικά ταξί) ή μακριά από αυτό (αρνητικό). Για παράδειγμα, η φωτοταξία είναι κίνηση προς το φως. Υπάρχουν επίσης χημειοταξίες, θερμοταξίες κ.λπ.
β) τροπισμοί - η κατευθυνόμενη ανάπτυξη τμημάτων του φυτικού οργανισμού σε σχέση με το ερέθισμα (γεωτροπισμός - η ανάπτυξη του ριζικού συστήματος του φυτού προς το κέντρο του πλανήτη· ηλιοτροπισμός - η ανάπτυξη του συστήματος βλαστών προς τον Ήλιο, κατά βαρύτητα);
γ) nastia - η κίνηση των μερών του φυτού σε σχέση με το ερέθισμα (η κίνηση των φύλλων κατά τη διάρκεια της ημέρας ανάλογα με τη θέση του Ήλιου στον ουρανό ή, για παράδειγμα, το άνοιγμα και το κλείσιμο του στεφάνη ενός λουλουδιού).
10 . Διακριτικότητα (διαίρεση σε μέρη). Ένας ξεχωριστός οργανισμός ή άλλο βιολογικό σύστημα (είδος, βιοκένωση κ.λπ.) αποτελείται από ξεχωριστά απομονωμένα, δηλ. απομονωμένα ή οριοθετημένα στο χώρο, αλλά, ωστόσο, συνδέονται και αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, σχηματίζοντας μια δομική και λειτουργική ενότητα. Τα κύτταρα αποτελούνται από μεμονωμένα οργανίδια, ιστούς - από κύτταρα, όργανα - από ιστούς κ.λπ. Αυτή η ιδιότητα επιτρέπει την αντικατάσταση ενός τμήματος χωρίς διακοπή της λειτουργίας ολόκληρου του συστήματος και τη δυνατότητα εξειδίκευσης διαφορετικών μερών για διαφορετικές λειτουργίες.
11. Αυτορρύθμιση- την ικανότητα των ζωντανών οργανισμών που ζουν σε συνεχώς μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες να διατηρούν τη σταθερότητα της χημικής τους σύνθεσης και την ένταση της ροής των φυσιολογικών διεργασιών - ομοιόσταση. Η αυτορρύθμιση εξασφαλίζεται από τη δραστηριότητα των ρυθμιστικών συστημάτων - νευρικού, ενδοκρινικού, ανοσοποιητικού κ.λπ. Σε βιολογικά συστήματα υπεροργανιστικού επιπέδου, η αυτορρύθμιση πραγματοποιείται με βάση διαοργανιστικές και διαπληθυσμιακές σχέσεις.
12 . Ρυθμός. Στη βιολογία, ο ρυθμός νοείται ως περιοδικές αλλαγές στην ένταση των φυσιολογικών λειτουργιών και των διαδικασιών διαμόρφωσης με διαφορετικές περιόδους διακυμάνσεων (από λίγα δευτερόλεπτα έως ένα έτος και έναν αιώνα).
Ο ρυθμός στοχεύει στο συντονισμό των λειτουργιών του οργανισμού με το περιβάλλον, δηλαδή στην προσαρμογή σε περιοδικά μεταβαλλόμενες συνθήκες ύπαρξης.
13. Ενεργειακή εξάρτηση.Τα ζωντανά σώματα είναι συστήματα που είναι «ανοικτά» για να εισέλθει η ενέργεια. Κάτω από τα "ανοικτά" συστήματα κατανοούν τα δυναμικά, δηλαδή όχι σε κατάσταση ηρεμίας, τα συστήματα είναι σταθερά μόνο υπό την προϋπόθεση της συνεχούς πρόσβασης σε αυτά από ενέργεια και ύλη από το εξωτερικό. Έτσι, οι ζωντανοί οργανισμοί υπάρχουν αρκεί να λαμβάνουν ενέργεια με τη μορφή τροφής από το περιβάλλον.

14. Ακεραιότητα- η ζωντανή ύλη είναι οργανωμένη με συγκεκριμένο τρόπο, με την επιφύλαξη ορισμένων ειδικών νόμων που την χαρακτηρίζουν.

4. Επίπεδα οργάνωσης της ζωντανής ύλης.

Σε όλη την ποικιλομορφία της ζωντανής φύσης, μπορούν να διακριθούν πολλά επίπεδα οργάνωσης των ζωντανών όντων.Προβολή της εκπαιδευτικής ταινίας «Επίπεδα οργάνωσης των ζωντανών» και, στη βάση της, σύνταξη μιας σύντομης περίληψης αναφοράς.

1. Μοριακός.Κάθε ζωντανό σύστημα, ανεξάρτητα από το πόσο πολύπλοκο μπορεί να είναι οργανωμένο, αποτελείται από βιολογικά μακρομόρια: νουκλεϊκά οξέα, πρωτεΐνες, πολυσακχαρίτες,καθώς και άλλες σημαντικές οργανικές ουσίες. Από αυτό το επίπεδο ξεκινούν διάφορες διαδικασίες της ζωτικής δραστηριότητας του σώματος: μεταβολισμός και μετατροπή ενέργειας, μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών κ.λπ.

2. Κυτταρικός.Κύτταρο - δομική και λειτουργική μονάδα, καθώς και μονάδα ανάπτυξης όλων των ζωντανών οργανισμών που ζουν στη Γη. Σε κυτταρικό επίπεδο, η μεταφορά πληροφοριών και ο μετασχηματισμός ουσιών και ενέργειας συζεύγνυνται.

5. Βιογεωκαινοτική. Βιογεωκένωση - ένα σύνολο οργανισμών διαφορετικών ειδών και ποικίλης πολυπλοκότητας οργάνωσης με τους παράγοντες του οικοτόπου τους. Στη διαδικασία της κοινής ιστορικής ανάπτυξης οργανισμών διαφορετικών συστηματικών ομάδων, σχηματίζονται δυναμικές, σταθερές κοινότητες.

6. Βιοσφαιρικό.Βιόσφαιρα - το σύνολο όλων βιογεωκενώσεις,σύστημα που καλύπτει όλα τα φαινόμενα της ζωής στον πλανήτη μας. Σε αυτό το επίπεδο, υπάρχει μια κυκλοφορία ουσιών και ο μετασχηματισμός της ενέργειας που σχετίζεται με τη ζωτική δραστηριότητα όλων των ζωντανών οργανισμών.

5. Πρακτική αξία γενικής βιολογίας.

ο Στη ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ - βιοσύνθεση πρωτεϊνών, σύνθεση αντιβιοτικών, βιταμινών, ορμονών.

ο Στη ΓΕΩΠΟΝΙΑ - επιλογή υψηλής παραγωγικότητας φυλών ζώων και φυτικών ποικιλιών.

ο ΣΕ ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ.

ο Στην ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΦΥΣΗΣ - ανάπτυξη και εφαρμογή μεθόδων ορθολογικής και συνετής διαχείρισης της φύσης.

Ερωτήσεις τεστ:

1. Ορίστε τη βιολογία. Ποιος πρότεινε αυτόν τον όρο;

2. Γιατί η σύγχρονη βιολογία θεωρείται πολύπλοκη επιστήμη; Από ποιες υποδιαιρέσεις αποτελείται η σύγχρονη βιολογία;

3. Ποιες ειδικές επιστήμες μπορούν να διακριθούν στη βιολογία; Δώστε τους μια σύντομη περιγραφή.

4. Ποιες μέθοδοι έρευνας χρησιμοποιούνται στη βιολογία;

5. Δώστε τον ορισμό της «ζωής».

6. Γιατί οι ζωντανοί οργανισμοί ονομάζονται ανοιχτά συστήματα;

7. Να αναφέρετε τις κύριες ιδιότητες των ζωντανών όντων.

8. Πώς διαφέρουν οι ζωντανοί οργανισμοί από τα άψυχα σώματα;

9. Ποια επίπεδα οργάνωσης είναι χαρακτηριστικά της ζωντανής ύλης;

Τι είναι η επιστήμη της βιολογίας; Με απλά λόγια, είναι η μελέτη της ζωής σε όλη της την ποικιλομορφία και το μεγαλείο. Από τα μικροσκοπικά φύκια και τα βακτήρια μέχρι τους γιγάντιους ελέφαντες και τις γιγάντιες μπλε φάλαινες, η ζωή στον πλανήτη μας είναι απίστευτα διαφορετική. Λαμβάνοντας αυτό υπόψη, από πού δανειζόμαστε ό,τι είναι ζωντανό; Ποια είναι τα κύρια χαρακτηριστικά της ζωής; Όλα αυτά είναι πολύ σημαντικά ερωτήματα με εξίσου σημαντικές απαντήσεις!

Χαρακτηριστικά της ζωής

Τα ζωντανά όντα περιλαμβάνουν τόσο τον ορατό όσο και τον αόρατο κόσμο των βακτηρίων και των ιών. Σε ένα βασικό επίπεδο, μπορούμε να πούμε ότι η ζωή είναι τακτοποιημένη. Οι οργανισμοί έχουν μια εξαιρετικά πολύπλοκη οργάνωση. Όλοι είμαστε εξοικειωμένοι με τα περίπλοκα συστήματα του κύριου κυττάρου.

Η ζωή μπορεί να «δουλέψει». Θα εισαγάγω όχι μια καθημερινή ποικιλία εργασιών, αλλά τη διατήρηση των μεταβολικών διεργασιών, με την απόκτηση ενέργειας με τη μορφή τροφής από το περιβάλλον.

Η ζωή μεγαλώνει και αναπτύσσεται. Αυτό σημαίνει περισσότερα από την απλή αντιγραφή ή αλλαγή μεγέθους. Οι ζωντανοί οργανισμοί έχουν επίσης την ικανότητα να ανακάμπτουν από ορισμένους τύπους βλάβης.

Η ζωή μπορεί να παιχτεί. Έχετε δει ποτέ να πολλαπλασιάζονται λάσπες ή πέτρες; Πιθανότατα όχι! Η ζωή μπορεί να προέλθει μόνο από άλλα έμβια όντα.

Η ζωή μπορεί να αντιδράσει. Σκεφτείτε την τελευταία φορά που χτυπήσατε ένα μέρος του σώματός σας. Μια αντίδραση πόνου ακολουθεί σχεδόν αμέσως. Η ζωή χαρακτηρίζεται από αντίδραση σε διάφορα ερεθίσματα και εξωτερικά ερεθίσματα.

Τελικά, η ζωή μπορεί να προσαρμοστεί και να ανταποκριθείτις απαιτήσεις του περιβάλλοντος.

Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι προσαρμογών που μπορούν να συμβούν σε ανώτερους οργανισμούς:

• Οι αναστρέψιμες αλλαγές συμβαίνουν ως απόκριση στις αλλαγές στο περιβάλλον. Ας υποθέσουμε ότι ζείτε κοντά στο επίπεδο της θάλασσας και ταξιδεύετε σε μια ορεινή περιοχή. Μπορεί να αρχίσετε να αντιμετωπίζετε δυσκολία στην αναπνοή και αύξηση του καρδιακού ρυθμού ως αποτέλεσμα της αλλαγής στο υψόμετρο. Αυτά τα συμπτώματα εξαφανίζονται όταν επιστρέψετε στο επίπεδο της θάλασσας.
• Οι σωματικές αλλαγές συμβαίνουν ως αποτέλεσμα συνεχών αλλαγών στο περιβάλλον. Χρησιμοποιώντας το προηγούμενο παράδειγμα, αν μείνετε σε μια ορεινή περιοχή για μεγάλο χρονικό διάστημα, θα παρατηρήσετε ότι ο καρδιακός σας ρυθμός θα αρχίσει να επιβραδύνεται και θα αρχίσετε να αναπνέετε κανονικά. Οι σωματικές αλλαγές είναι επίσης αναστρέψιμες.
• Ο τελικός τύπος προσαρμογής ονομάζεται γονότυπος (που προκαλείται από γενετική μετάλλαξη). Αυτές οι αλλαγές συμβαίνουν στη γενετική σύνθεση του οργανισμού και δεν είναι αναστρέψιμες. Ένα παράδειγμα είναι η ανάπτυξη αντοχής στα φυτοφάρμακα σε έντομα και αράχνες.

Έτσι, η ζωή οργανώνεται, «δουλεύει», μεγαλώνει, αναπαράγεται, ανταποκρίνεται στα ερεθίσματα και προσαρμόζεται. Αυτά τα χαρακτηριστικά αποτελούν τη βάση της μελέτης της επιστήμης της γενικής βιολογίας.

Βασικές αρχές της σύγχρονης βιολογίας

Το θεμέλιο της επιστήμης της βιολογίας που υπάρχει σήμερα βασίζεται σε πέντε βασικές αρχές. Αυτά είναι η κυτταρική θεωρία, η γονιδιακή θεωρία, η εξέλιξη, η ομοιόσταση και οι νόμοι της θερμοδυναμικής.

• : Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί αποτελούνται από κύτταρα. είναι η βασική μονάδα της ζωής.
• : τα χαρακτηριστικά κληρονομούνται μέσω γονιδιακής μεταφοράς. βρίσκονται και αποτελούνται από DNA.
• : οποιοδήποτε σε έναν πληθυσμό που κληρονομείται σε πολλές γενιές. Αυτές οι αλλαγές μπορεί να είναι μικρές ή μεγάλες, αισθητές ή όχι τόσο αισθητές.
• : η ικανότητα διατήρησης ενός σταθερού εσωτερικού περιβάλλοντος ως απάντηση στις περιβαλλοντικές αλλαγές.
• Α: Η ενέργεια είναι σταθερή και η μετατροπή ενέργειας δεν είναι εντελώς αποδοτική.

Τομές βιολογίας

Το πεδίο της επιστήμης της βιολογίας είναι πολύ ευρύ και μπορεί να χωριστεί σε διάφορους κλάδους. Με τη γενικότερη έννοια, αυτοί οι κλάδοι ταξινομούνται ανάλογα με τον τύπο του οργανισμού που μελετάται. Για παράδειγμα, μελετά τα ζώα, η βοτανική μελετά τα φυτά και η μικροβιολογία μελετά τους μικροοργανισμούς. Αυτοί οι ερευνητικοί τομείς μπορούν επίσης να αναλυθούν σε διάφορους εξειδικευμένους επιμέρους κλάδους. Μερικά από αυτά περιλαμβάνουν την ανατομία, τη γενετική και τη φυσιολογία.

Η γενική βιολογία μελετά τα βασικά πρότυπα των φαινομένων της ζωής που εμφανίζονται σε διάφορα επίπεδα οργάνωσης του ζωντανού. Η εξέταση της οργάνωσης της ζωντανής ύλης ξεκινά με την αποσαφήνιση της δομής και των ιδιοτήτων των πολύπλοκων οργανικών μορίων. Τα κύτταρα των πολυκύτταρων οργανισμών είναι μέρος των ιστών, δύο ή περισσότεροι ιστοί σχηματίζουν ένα όργανο. Ένας πολυκύτταρος οργανισμός πολύπλοκης δομής, που έχει ιστούς και όργανα στη σύνθεσή του, είναι ταυτόχρονα στοιχειώδης μονάδα ενός βιολογικού είδους. Τα αλληλεπιδρώντα είδη σχηματίζουν μια κοινότητα ή ένα οικολογικό σύστημα, το οποίο, με τη σειρά του, είναι ένα από τα συστατικά της βιόσφαιρας.

Κατά συνέπεια, διακρίνονται διάφορα επίπεδα οργάνωσης της ζωντανής ύλης.

1. Μοριακός. Οποιοδήποτε ζωντανό σύστημα, ανεξάρτητα από το πόσο πολύπλοκο μπορεί να είναι οργανωμένο, εκδηλώνεται στο επίπεδο της λειτουργίας των βιολογικών μακρομορίων - βιοπολυμερών: νουκλεϊκών οξέων, πρωτεϊνών, πολυσακχαριτών και άλλων σημαντικών οργανικών ουσιών. Από αυτό το επίπεδο ξεκινούν οι πιο σημαντικές διαδικασίες της ζωτικής δραστηριότητας του οργανισμού: ο μεταβολισμός και η μετατροπή της ενέργειας, η μεταφορά κληρονομικών πληροφοριών και άλλα παρόμοια.

2. Κυτταρικός. Ένα κύτταρο είναι μια δομική και λειτουργική μονάδα, καθώς και μια μονάδα ανάπτυξης όλων των ζωντανών οργανισμών που ζουν στη Γη. Δεν υπάρχουν ελεύθερες μη κλινικές μορφές ζωής.

3. Υφασμα. Ένας ιστός είναι μια συλλογή παρόμοιων κυττάρων, τα οποία ενώνονται με την εκτέλεση μιας κοινής λειτουργίας.

4. Οργανο. Τα όργανα είναι δομικές και λειτουργικές ενώσεις πολλών τύπων ιστών. Για παράδειγμα, το ανθρώπινο δέρμα είναι σαν μια διαφορετική ουσία. Ως αποτέλεσμα μιας σειράς πολύπλοκων χημικών μετασχηματισμών, ουσίες από το περιβάλλον παρομοιάζονται με ουσίες ενός ζωντανού οργανισμού και το σώμα του κατασκευάζεται από αυτές. Αυτές οι διαδικασίες ονομάζονται αφομοίωση ή πλαστική ανταλλαγή.

5. Οργανισμός. Ένας πολυκύτταρος οργανισμός είναι ένα αναπόσπαστο σύστημα οργάνων που ειδικεύονται να εκτελούν διάφορες λειτουργίες.

6. Πληθυσμός-είδη. Ένα σύνολο οργανισμών του ίδιου είδους, ενωμένοι από μια κοινή στέγαση, δημιουργεί έναν πληθυσμό ως σύστημα τάξης υπεροργανισμών. Σε αυτό το σύστημα πραγματοποιούνται απλοί, στοιχειώδεις εξελικτικοί μετασχηματισμοί.

7. Βιογεωκαινοτική. Biogeocenosis - ένα σύνολο οργανισμών διαφορετικών ειδών και οργάνωση ποικίλης πολυπλοκότητας με όλους τους περιβαλλοντικούς παράγοντες.

Ας δώσουμε μερικά παραδείγματα. Τα φυτά με διοξείδιο του άνθρακα και νερό συνθέτουν σύνθετες οργανικές ενώσεις - υδατάνθρακες (άμυλο και κυτταρίνη), οι οποίες χρησιμοποιούνται ως εφεδρικά θρεπτικά συστατικά και δομικό υλικό. Η πρωτεΐνη ενός αυγού κοτόπουλου στο ανθρώπινο σώμα υφίσταται μια σειρά πολύπλοκων μετασχηματισμών προτού μετατραπεί σε πρωτεΐνες χαρακτηριστικές του σώματος - αιμοσφαιρίνη, κερατίνη ή οποιαδήποτε άλλη.

Η άλλη πλευρά του μεταβολισμού είναι οι διεργασίες αφομοίωσης, ως αποτέλεσμα των οποίων οι σύνθετες οργανικές ενώσεις διασπώνται σε απλές, ενώ η ομοιότητά τους με τις σωματικές ουσίες χάνεται και απελευθερώνεται η ενέργεια που απαιτείται για τις αντιδράσεις βιοσύνθεσης. Επομένως, η αφομοίωση ονομάζεται επίσης ενεργειακός μεταβολισμός.

Ο μεταβολισμός διασφαλίζει τη σταθερότητα της χημικής σύστασης και δομής όλων των μερών του σώματος και, ως εκ τούτου, τη σταθερότητα της λειτουργίας τους σε συνεχώς μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες.

Αυτοαναπαραγωγή (αναπαραγωγή). Όταν οι ζωντανοί οργανισμοί αναπαράγονται, οι απόγονοι συνήθως μοιάζουν με τους γονείς τους: οι γάτες αναπαράγουν γατάκια, οι σκύλοι αναπαράγουν κουτάβια. Από τους σπόρους της πικραλίδας, η πικραλίδα μεγαλώνει ξανά. Η διαίρεση ενός μονοκύτταρου οργανισμού - αμοιβάδας - οδηγεί στο σχηματισμό δύο αμοιβάδων, εντελώς όμοιων με το μητρικό κύτταρο. Έτσι, η αναπαραγωγή είναι η ιδιότητα των οργανισμών να αναπαράγουν το δικό τους είδος.

Τι βρίσκεται στη βάση της διαδικασίας της αυτο-αναπαραγωγής; Ας δώσουμε προσοχή στο γεγονός ότι αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται πρακτικά σε όλα τα επίπεδα οργάνωσης της ζωντανής ύλης. Χάρη στην αναπαραγωγή, όχι μόνο ολόκληροι οργανισμοί, αλλά και τα κύτταρα, τα κυτταρικά οργανίδια (μιτοχόνδρια, πλαστίδια κ.λπ.) μετά τη διαίρεση είναι παρόμοια με τους προκατόχους τους. Από ένα μόριο DNA - το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ - όταν διπλασιαστεί, σχηματίζονται δύο θυγατρικά μόρια, επαναλαμβάνοντας πλήρως το αρχικό.

Η αυτοαναπαραγωγή βασίζεται στις αντιδράσεις της σύνθεσης μήτρας, δηλαδή στο σχηματισμό νέων μορίων και δομών με βάση τις πληροφορίες που περιέχονται στην αλληλουχία των πυρήνων του DNA. Κατά συνέπεια, η αυτοαναπαραγωγή είναι μια από τις κύριες ιδιότητες των ζωντανών, στενά συνδεδεμένη με το φαινόμενο της κληρονομικότητας.

Κληρονομικότητα. Συνίσταται στην ικανότητα των οργανισμών να μεταδίδουν τα χαρακτηριστικά, τις ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά ανάπτυξής τους από γενιά σε γενιά. Οφείλεται στη σταθερότητα, δηλαδή στη σταθερότητα της δομής των μορίων DNA.

Μεταβλητότητα. Αυτή η ιδιότητα φαίνεται να είναι το αντίθετο της κληρονομικότητας, αλλά ταυτόχρονα συνδέεται στενά με αυτήν, αφού σε αυτή την περίπτωση αλλάζουν οι κληρονομικές κλίσεις - τα γονίδια που καθορίζουν την ανάπτυξη ορισμένων χαρακτηριστικών. Εάν η αναπαραγωγή μητρών - μορίων DNA - γινόταν πάντα με απόλυτη ακρίβεια, τότε κατά την αναπαραγωγή των οργανισμών, θα γινόταν η συνέχεια μόνο προϋπαρχόντων χαρακτήρων και η προσαρμογή των ειδών στις μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες θα ήταν αδύνατη. Κατά συνέπεια, η μεταβλητότητα είναι η ικανότητα των οργανισμών να αποκτούν νέα χαρακτηριστικά και ιδιότητες, η οποία βασίζεται σε αλλαγές στις βιολογικές μήτρες.

Η μεταβλητότητα δημιουργεί μια ποικιλία υλικού για τη φυσική επιλογή, δηλαδή την επιλογή των πιο προσκολλημένων ατόμων σε συγκεκριμένες συνθήκες ύπαρξης σε φυσικές συνθήκες, η οποία, με τη σειρά της, οδηγεί στην εμφάνιση νέων μορφών ζωής, νέων τύπων οργανισμών.

Ανάπτυξη και ανάπτυξη. Η ικανότητα ανάπτυξης είναι μια καθολική ιδιότητα της ύλης. Η ανάπτυξη νοείται ως μια μη αναστρέψιμη κατευθυνόμενη τακτική αλλαγή σε αντικείμενα έμψυχης και άψυχης φύσης. Ως αποτέλεσμα της ανάπτυξης, προκύπτει μια νέα ποιοτική κατάσταση του αντικειμένου, ως αποτέλεσμα της οποίας αλλάζει η σύνθεση ή η δομή του. Η ανάπτυξη μιας ζωντανής μορφής της ύπαρξης της ύλης αντιπροσωπεύεται από την ατομική ανάπτυξη, ή την οντογένεση, και την ιστορική ανάπτυξη, ή τη φυλογένεση.

Κατά την οντογένεση, οι επιμέρους ιδιότητες των οργανισμών εκδηλώνονται σταδιακά και με συνέπεια. Η ανάπτυξη συνοδεύεται από ανάπτυξη. Ανεξάρτητα από τη μέθοδο αναπαραγωγής, όλα τα θυγατρικά άτομα που σχηματίζονται από έναν ζυγώτη ή σπόρο, νεφρό ή κύτταρο, κληρονομούν μόνο γενετικές πληροφορίες, δηλαδή την ικανότητα να παρουσιάζουν ορισμένα σημάδια.

Κατά τη διαδικασία της ανάπτυξης, προκύπτει μια συγκεκριμένη δομική οργάνωση του ατόμου και η αύξηση της μάζας του οφείλεται στην αναπαραγωγή μακρομορίων, στοιχειωδών δομών των κυττάρων και των ίδιων των κυττάρων. Η φυλογένεση, ή εξέλιξη, είναι η μη αναστρέψιμη και κατευθυνόμενη ανάπτυξη της ζωντανής φύσης, που συνοδεύεται από το σχηματισμό νέων ειδών και την προοδευτική επιπλοκή της ζωής. Το αποτέλεσμα της εξέλιξης είναι η ποικιλομορφία των ζωντανών οργανισμών στη Γη.

Ερεθισμός. Κάθε οργανισμός είναι άρρηκτα συνδεδεμένος με το περιβάλλον: εξάγει θρεπτικά συστατικά από αυτό, εκτίθεται σε δυσμενείς περιβαλλοντικούς παράγοντες, αλληλεπιδρά με άλλους οργανισμούς και άλλα παρόμοια. Στη διαδικασία της εξέλιξης, οι ζωντανοί οργανισμοί έχουν αναπτύξει και εδραιώσει τις ιδιότητες της επιλεκτικής απόκρισης σε εξωτερικές επιρροές. Αυτή η ιδιότητα ονομάζεται ερεθισμός. Οποιαδήποτε αλλαγή στις περιβαλλοντικές συνθήκες σε σχέση με το σώμα είναι ερεθισμός και η αντίδρασή του σε εξωτερικά ερεθίσματα είναι δείκτης της ευαισθησίας του και εκδήλωση ερεθισμού.

Η αντίδραση των πολυκύτταρων ζώων στον ερεθισμό πραγματοποιείται με τη βοήθεια του νευρικού συστήματος και ονομάζεται αντανακλαστικό.

Οι οργανισμοί που δεν έχουν νευρικό σύστημα, όπως τα πρωτόζωα ή τα φυτά, δεν έχουν αντανακλαστικά. οι αντιδράσεις τους, που εκφράζονται σε μια αλλαγή στη φύση της κίνησης ή της ανάπτυξης, ονομάζονται συνήθως ταξί ή τροπισμοί, προσθέτοντας το όνομα του ερεθίσματος στην ονομασία τους. Για παράδειγμα, η φωτοταξία είναι κίνηση προς το φως. χημειοταξία - η κίνηση ενός οργανισμού σε σχέση με τη συγκέντρωση χημικών ουσιών. Κάθε είδος ταξί μπορεί να είναι θετικό ή αρνητικό, ανάλογα με το αν το ερέθισμα δρα στον οργανισμό με ελκυστικό ή απωθητικό τρόπο.

Κάτω από τροπισμούς κατανοήστε την ιδιαίτερη φύση της ανάπτυξης, η οποία είναι χαρακτηριστική των φυτών. Άρα, ηλιοτροπισμός (από το ελληνικό helios - Ήλιος) σημαίνει την ανάπτυξη των υπέργειων μερών των φυτών (βλαστών, φύλλων) προς τον Ήλιο, και γεωτροπισμός (από το ελληνικό geos - Γη) - η ανάπτυξη υπόγειων τμημάτων (ρίζες). ) προς το κέντρο της Γης.

8. Διακριτικότητα (από το λατινικό discretus - διαλείπουσα, διαιρεμένη). Η διακριτικότητα είναι μια καθολική ιδιότητα της ύλης. Έτσι, από το μάθημα της φυσικής και της γενικής χημείας, είναι γνωστό ότι κάθε άτομο αποτελείται από στοιχειώδη σωματίδια, ότι τα άτομα σχηματίζουν ένα μόριο. Τα απλά μόρια είναι μέρος πολύπλοκων ενώσεων ή κρυστάλλων και τα παρόμοια. Η ζωή στη Γη εκδηλώνεται επίσης σε διακριτές μορφές. Αυτό σημαίνει ότι ένας ξεχωριστός οργανισμός ή άλλο βιολογικό σύστημα (είδος, βιοκένωση κ.λπ.) αποτελείται από ξεχωριστά απομονωμένα, δηλαδή απομονωμένα ή οριοθετημένα στο χώρο, αλλά παρόλα αυτά στενά συνδεδεμένα και αλληλεπιδρώντα μέρη, δημιουργώντας μια δομική και λειτουργική ενότητα. Για παράδειγμα, κάθε είδους οργανισμός περιλαμβάνει μεμονωμένα άτομα. Το σώμα ενός εξαιρετικά οργανωμένου ατόμου σχηματίζει χωρικά οριοθετημένα όργανα, τα οποία, με τη σειρά τους, αποτελούνται από μεμονωμένα κύτταρα. Η ενεργειακή συσκευή του κυττάρου αντιπροσωπεύεται από μεμονωμένα μιτοχόνδρια, η συσκευή σύνθεσης πρωτεϊνών αντιπροσωπεύεται από ριβοσώματα κ.λπ., μέχρι μακρομόρια, καθένα από τα οποία μπορεί να εκτελέσει τη λειτουργία του μόνο εάν είναι χωρικά απομονωμένο από τα άλλα. Η διακριτικότητα της δομής του σώματος είναι η βάση της δομικής τάξης του, δημιουργεί τη δυνατότητα της συνεχούς αυτοανανέωσής του με την αντικατάσταση δομικών στοιχείων (μόρια, ένζυμα, κυτταρικά οργανίδια, ολόκληρα κύτταρα) που «φθαρούν» χωρίς να σταματήσει η λειτουργία που εκτελείται. Η διακριτικότητα ενός είδους προκαθορίζει τη δυνατότητα εξέλιξής του μέσω του θανάτου ή της εξάλειψης ακατάλληλων ατόμων από την αναπαραγωγή και της διατήρησης ατόμων με χαρακτηριστικά χρήσιμα για την επιβίωση.

9. Αυτορρύθμιση (αυτορύθμιση). Αυτή είναι η ικανότητα των ζωντανών οργανισμών που ζουν σε συνεχώς μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες να διατηρούν τη σταθερότητα της χημικής τους σύνθεσης και την ένταση της πορείας των φυσιολογικών διεργασιών. Ταυτόχρονα, η έλλειψη πρόσληψης οποιωνδήποτε θρεπτικών συστατικών κινητοποιεί τους εσωτερικούς πόρους του σώματος και η περίσσεια προκαλεί την αποθήκευση αυτών των ουσιών. Τέτοιες αντιδράσεις πραγματοποιούνται με διαφορετικούς τρόπους λόγω της δραστηριότητας των ρυθμιστικών συστημάτων - νευρικών και ενδοκρινικών. Το σήμα για την ενεργοποίηση ενός ή άλλου ρυθμιστικού συστήματος μπορεί να είναι μια αλλαγή στη συγκέντρωση μιας ουσίας ή στην κατάσταση ενός συστήματος.

Για παράδειγμα, μια μείωση της συγκέντρωσης του ATP - ενός καθολικού συσσωρευτή (συσσωρευτής) ενέργειας σε ένα κύτταρο - χρησιμεύει ως σήμα, ξεκινώντας τη διαδικασία της σύνθεσής του. Αντίθετα, η αναπλήρωση των αποθεμάτων ATP σταματά την εντατική σύνθεση αυτής της ουσίας. Η αύξηση της συγκέντρωσης της γλυκόζης στο αίμα οδηγεί σε αύξηση της παραγωγής της ορμόνης του παγκρέατος - ινσουλίνης, η οποία μειώνει το επίπεδο του σακχάρου στο αίμα. Η μείωση των επιπέδων γλυκόζης στο αίμα επιβραδύνει την απελευθέρωση της ορμόνης στην κυκλοφορία του αίματος. Η μείωση του αριθμού των κυττάρων σε έναν ιστό (για παράδειγμα, ως αποτέλεσμα τραυματισμού) προκαλεί αυξημένη αναπαραγωγή των κυττάρων που παραμένουν. η αποκατάσταση ενός φυσιολογικού αριθμού κυττάρων δίνει ένα σήμα για τη διακοπή της εντατικής κυτταρικής διαίρεσης.

10. Ρυθμός. Αυτή η ιδιότητα είναι εγγενής τόσο στη ζωντανή όσο και στην άψυχη φύση. Οφείλεται σε διάφορους κοσμικούς και πλανητικούς λόγους: την περιστροφή της Γης γύρω από τον Ήλιο, την αλλαγή των εποχών, τις φάσεις της Σελήνης και άλλα παρόμοια. Η άψυχη φύση χαρακτηρίζεται, για παράδειγμα, από αλλαγές στον φωτισμό και τη θερμοκρασία κατά τη διάρκεια του έτους και της ημέρας, άμπωτες και ροές στις θάλασσες και τους ωκεανούς, την κίνηση των αέριων μαζών - ανέμων και άλλα παρόμοια. Οι ζωντανοί οργανισμοί υπόκεινται επίσης σε εξωτερικούς αισθητήρες χρόνου, αλλά η αντίδρασή τους είναι πολύ πιο περίπλοκη από τις αλλαγές στο περιβάλλον.

Παντού στη έμψυχη και άψυχη φύση, οι ταλαντωτικές διεργασίες είναι κοινές. Οι παλίρροιες των ωκεανών, η αλλαγή της ημέρας και της νύχτας, οι φάσεις της σελήνης, η εναλλαγή των εποχών, η περιοδική αύξηση της ηλιακής δραστηριότητας, η κυκλική φύση των γεωλογικών διεργασιών, συμπεριλαμβανομένης της περιοδικής αλλαγής της ξηράς από τη θάλασσα και της θάλασσας από τη στεριά - όλα πρόκειται για διάφορες μορφές ταλαντωτικών διεργασιών. Οι περιοδικές αλλαγές στο περιβάλλον έχουν βαθιά επίδραση στην άγρια ​​ζωή και στους δικούς τους ρυθμούς των ζωντανών οργανισμών.

Ρυθμός είναι η επανάληψη της ίδιας κατάστασης σε διαφορετικά διαστήματα. Στη βιολογία, ο ρυθμός νοείται ως περιοδικές αλλαγές στην ένταση των φυσιολογικών λειτουργιών με διαφορετικές περιόδους διακυμάνσεων (από λίγα δευτερόλεπτα έως ένα έτος και έναν αιώνα). Οι καθημερινοί ρυθμοί ύπνου και εγρήγορσης στους ανθρώπους είναι γνωστοί. εποχιακούς ρυθμούς δραστηριότητας και χειμερία νάρκη σε ορισμένα θηλαστικά (σκίουροι, σκαντζόχοιροι, αρκούδες) και πολλά άλλα.

Ο ρυθμός στοχεύει στο συντονισμό των λειτουργιών του σώματος με το περιβάλλον, δηλαδή στην προσαρμογή στις συνεχώς μεταβαλλόμενες συνθήκες ύπαρξης.

11. Ενεργειακή εξάρτηση. Τα ζωντανά σώματα είναι «ανοιχτά» στην ενέργεια του συστήματος. Αυτή η έννοια είναι δανεισμένη από τη φυσική. Με το "ανοιχτό" εννοούν δυναμικά, υπάρχουν συστήματα που δεν είναι σε ηρεμία, σταθερά μόνο υπό την προϋπόθεση της συνεχούς πρόσβασης σε αυτά από ενέργεια και ύλη από το εξωτερικό. Άρα, οι ζωντανοί οργανισμοί υπάρχουν αρκεί να λαμβάνουν ενέργεια και ύλη με τη μορφή τροφής από το περιβάλλον. Πρέπει να σημειωθεί ότι οι ζωντανοί οργανισμοί, σε αντίθεση με τα αντικείμενα άψυχης φύσης, οριοθετούνται από το περιβάλλον με μεμβράνες (η εξωτερική κυτταρική μεμβράνη στους μονοκύτταρους οργανισμούς, ο περιφραγμένος ιστός στους πολυκύτταρους οργανισμούς). Αυτά τα κελύφη εμποδίζουν την ανταλλαγή ουσιών μεταξύ του οργανισμού και του εξωτερικού περιβάλλοντος, ελαχιστοποιούν την απώλεια ουσιών και διατηρούν τη χωρική ενότητα του συστήματος.

Έτσι, οι ζωντανοί οργανισμοί διαφέρουν έντονα από τα αντικείμενα της φυσικής και της χημείας -μη ζωντανά συστήματα- στην εξαιρετική πολυπλοκότητα και την υψηλή δομική και λειτουργική τάξη τους. Αυτές οι διαφορές δίνουν στη ζωή ποιοτικά νέες ιδιότητες. Οι ζωές είναι ένα ειδικό στάδιο στην ανάπτυξη της ύλης.

Τώρα, αφού εξοικειωθούμε με τις βασικές ιδιότητες των ζωντανών οργανισμών, μπορούμε να διατυπώσουμε έναν ορισμό της έννοιας «ζωή». Ο υλιστικός ορισμός της ζωής δόθηκε από τον Φ. Ένγκελς: «Η ζωή είναι ένας τρόπος ύπαρξης πρωτεϊνικών σωμάτων και αυτός ο τρόπος ύπαρξης συνίσταται στην ουσία του στη συνεχή αυτοανανέωση των χημικών συστατικών αυτών των σωμάτων». Αυτός ο ορισμός δόθηκε από τον Ένγκελς πριν από περισσότερα από 100 χρόνια. Περιλάμβανε δύο σημαντικές διατάξεις: 1) η ζωή είναι στενά συνδεδεμένη με πρωτεϊνικά σώματα και 2) απαραίτητη προϋπόθεση για τη ζωή είναι ο σταθερός μεταβολισμός, με τη διακοπή του οποίου σταματά και η ζωή.

Τα επιτεύγματα της βιολογίας της εποχής μας κατέστησαν δυνατή την αποκάλυψη νέων χαρακτηριστικών χαρακτηριστικών των ζωντανών οργανισμών και σε αυτή τη βάση να δοθεί ένας πιο λεπτομερής ορισμός της έννοιας της «ζωής». Ένας από αυτούς τους ορισμούς ανήκει στον M. V. Volkenshtein: «Τα ζωντανά σώματα που υπάρχουν στη Γη είναι ανοιχτά αυτορυθμιζόμενα και αυτοδημιουργούμενα συστήματα κατασκευασμένα από βιοπολυμερή - πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα».

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ

ΡΩΣΙΚΗ ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑ

ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑΚΟΥ ΚΡΑΤΙΚΟΥ ΠΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ

ΑΝΩΤΕΡΗ ΕΠΑΓΓΕΛΜΑΤΙΚΗ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ

"ΚΡΑΤΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ VYATKA"

Τμήμα Βιολογίας

Τμήμα Μικροβιολογίας

I.V. DARMOV

Γενική βιολογία

Μάθημα διάλεξης

Φροντιστήριο

Εγκρίθηκε από τη συντακτική και εκδοτική επιτροπή του Μεθοδολογικού Συμβουλίου του FGBOU VPO "Vyatka State University" ως εγχειρίδιο για μαθητές της κατεύθυνσης 020400.62 "Βιολογία" όλων των εκπαιδευτικών προφίλ

Αξιολογητές:

Αναπληρωτής Καθηγητής του Τμήματος Βιοτεχνολογίας FGBOU VPO "Vyatka State University",

Υποψήφιος Βιολογικών Επιστημών O. N. Shupletsova;

Επικεφαλής Ερευνητής, Ερευνητικό Κέντρο 33 Κεντρικό Ερευνητικό Ινστιτούτο του Υπουργείου Άμυνας της Ρωσικής Ομοσπονδίας, Kirov, Διδάκτωρ Βιολογικών Επιστημών, Καθηγητής V.B. Καλινίνσκι

Darmov, I.V.

UDC 573(07)

Το εγχειρίδιο προορίζεται για μαθητές της κατεύθυνσης 020400.62 «Βιολογία» όλων των εκπαιδευτικών προφίλ που σπουδάζουν το γνωστικό αντικείμενο «Γενική Βιολογία».

Εκείνοι. συντάκτης E.V. Kaygorodtseva

© VyatSU, 2014

1. Η βιολογία ως επιστήμη. Ιδιότητες έμβιων συστημάτων…………………………………4

2. Βασικές αρχές κυτταρολογίας. Προκαρυώτες…………………………………………..17

3. Βασικές αρχές κυτταρολογίας. Ευκαρυωτες. Στοιχεία μεμβράνης ……………….21

4. Βασικές αρχές κυτταρολογίας. Ευκαρυωτες. Συστατικά που δεν είναι μεμβράνης…………..29

5. Αφυλική αναπαραγωγή. Μίτωση…………………………………………..34

6. Σεξουαλική αναπαραγωγή. Μείωση………………………………………………43

7. Τα κύρια πρότυπα κληρονομικότητας……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………

8.Βασικά πρότυπα μεταβλητότητας………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………

9. Βιοποικιλότητα………………………………………………….79

Κατάλογος πηγών που χρησιμοποιήθηκαν…………………………………….105

Διάλεξη #1

Θέμα διάλεξης: Η βιολογία ως επιστήμη . Ιδιότητες ζωντανών συστημάτων.

Σχέδιο διάλεξης:

1. Η βιολογία ως επιστήμη

2. Μέθοδοι βιολογίας

3. Βασικές έννοιες της βιολογίας

4. Επίπεδα οργάνωσης των ζωντανών

5. Βασικές ιδιότητες ζωντανών συστημάτων

6. Σύγχρονος ορισμός του ζωντανού οργανισμού και της ζωής

1. Η βιολογία ως επιστήμη

Βιολογία (γρ. bios- μια ζωή, λογότυπα- λέξη, δόγμα) - ένα σύνολο επιστημών για τη ζωή, για την άγρια ​​ζωή. Θέμα βιολογίας - τη δομή των ζωντανών οργανισμών, τις λειτουργίες τους, την προέλευση, την ανάπτυξη, τη σχέση με το περιβάλλον. Μαζί με τη φυσική, τη χημεία, την αστρονομία, τη γεωλογία κ.λπ. αναφέρεται σε φυσικές επιστήμες.

Η βιολογία είναι μια από τις παλαιότερες επιστήμες, αν και αυτός ο όρος εμφανίστηκε μόλις το 1797 (συγγραφέας του είναι ο Γερμανός καθηγητής ανατομίας T. Ruz (1771-1803). Ο Αριστοτέλης (384-322 π.Χ.) αποκαλείται συχνά «πατέρας της βιολογίας», που ανήκει στην πρώτη ταξινόμηση των ζώων.

Τι είναι ιδιαιτερότητεςη βιολογία ως επιστήμη;

1.1 Βιολογία στενά συνδέονται με τη φιλοσοφία. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι από τα 3 θεμελιώδη προβλήματα της φυσικής επιστήμης, τα 2 αποτελούν αντικείμενο βιολογικής έρευνας.

1. Το πρόβλημα της προέλευσης του Σύμπαντος, του χώρου, της φύσης γενικότερα (με αυτό ασχολείται η φυσική, η αστρονομία).

2. Το πρόβλημα της προέλευσης της ζωής, δηλ. ζώντας από μη ζωντανό.

3. Το πρόβλημα της προέλευσης του Λόγου και του ανθρώπου ως φορέα του.

Η λύση αυτών των ερωτημάτων συνδέεται στενά με τη λύση θεμελιώδες ζήτημα της φιλοσοφίαςΤι έρχεται πρώτο - ύλη ή συνείδηση; Επομένως, σημαντική θέση στη βιολογία καταλαμβάνουν οι φιλοσοφικές πτυχές.

1.2. Σχέση της βιολογίας με κοινωνικά και ηθικά ζητήματα.

Ο κοινωνικός δαρβινισμός, για παράδειγμα, μεταφέρει την έννοια της «φυσικής επιλογής» στην ανθρώπινη κοινωνία, οι διαφορές μεταξύ των τάξεων εξηγούνται από βιολογικούς παράγοντες.

Άλλα παραδείγματα: ρατσισμός, μεταμοσχεύσεις οργάνων, το πρόβλημα της γήρανσης.

1.3. Βαθύς ειδίκευσηβιολογία.

Ως αποτέλεσμα της διαφοροποίησης της βιολογίας κατά αντικείμενο μελέτηςπροέκυψαν ιδιωτικές βιολογικές επιστήμες: βοτανική, ζωολογία, μικροβιολογία (βακτηριολογία, ιολογία, μυκητολογία κ.λπ.).

Ένας άλλος κλάδος των βιολογικών επιστημών - κατά επίπεδα οργάνωσης και ιδιότητες της ζωντανής ύληςΛέξεις κλειδιά: γενετική (κληρονομικότητα), κυτταρολογία (κυτταρικό επίπεδο), ανατομία και φυσιολογία (δομή και λειτουργία των οργανισμών), οικολογία (σχέσεις των οργανισμών με το περιβάλλον) κ.λπ.

Σαν άποτέλεσμα ενσωμάτωση με άλλες επιστήμες προέκυψαν: βιοχημεία, βιοφυσική, ραδιοβιολογία, διαστημική βιολογία κ.λπ.

Εκείνοι. η βιολογία είναι ένα σύμπλεγμα επιστημών και γενική βιολογία ασχολείται με τη μελέτη των πιο γενικών προτύπων δομής, ζωής, ανάπτυξης, προέλευσης ζωντανών οργανισμών. Το κύριο ερώτημα που προσπαθεί να απαντήσει η γενική βιολογία είναι τι είναι ζωή;

1.4. Προς το παρόν, η βιολογία, ενώ παραμένει θεωρητική βάση η γνώση των ζωντανών γίνεται άμεσα παραγωγική δύναμη , γεννά νέες τεχνολογίες: βιοτεχνολογία, γενετική και κυτταρική μηχανική κ.λπ.

Επίδομα για τους αιτούντες στα πανεπιστήμια
Συγγραφέας Galkin.

Εισαγωγή.

Η βιολογία είναι η επιστήμη της ζωής. Αυτό είναι ένα σύνολο επιστημονικών κλάδων που μελετούν τα έμβια όντα. Έτσι, το αντικείμενο μελέτης της βιολογίας είναι η ζωή σε όλες τις εκφάνσεις της. Τι είναι η ζωή? Μέχρι στιγμής δεν υπάρχει πλήρης απάντηση σε αυτό το ερώτημα. Από τους πολλούς ορισμούς αυτής της έννοιας, εδώ είναι ο πιο δημοφιλής. Η ζωή είναι μια ειδική μορφή ύπαρξης και φυσικοχημικής κατάστασης των πρωτεϊνικών σωμάτων, που χαρακτηρίζεται από μια καθρεπτική ασυμμετρία αμινοξέων και σακχάρων, μεταβολισμό, ομοιόσταση, ευερεθιστότητα, αυτοαναπαραγωγή, αυτοδιαχείριση συστήματος, προσαρμοστικότητα στο περιβάλλον, αυτοανάπτυξη , κίνηση στο χώρο, μεταφορά πληροφοριών, φυσική και λειτουργική διακριτικότητα μεμονωμένων ατόμων ή κοινωνικών συγκροτημάτων, καθώς και η σχετική ανεξαρτησία των υπεροργανισμών συστημάτων, με τη γενική φυσική και χημική ενότητα της ζωντανής ύλης της βιόσφαιρας.

Το σύστημα βιολογικών κλάδων περιλαμβάνει την κατεύθυνση της έρευνας σε συστηματικά αντικείμενα: μικροβιολογία, ζωολογία, βοτανική, μελέτη του ανθρώπου κ.λπ. Η γενική βιολογία εξετάζει τα ευρύτερα πρότυπα που αποκαλύπτουν την ουσία της ζωής, τις μορφές και τα πρότυπα ανάπτυξής της. Αυτός ο τομέας γνώσης περιλαμβάνει παραδοσιακά το δόγμα της προέλευσης της ζωής στη Γη, το δόγμα του κυττάρου, την ατομική ανάπτυξη των οργανισμών, τη μοριακή βιολογία, τον δαρβινισμό (εξελικτικό δόγμα), τη γενετική, την οικολογία, το δόγμα της βιόσφαιρας και δόγμα του ανθρώπου.

Προέλευση της ζωής στη γη.

Το πρόβλημα της προέλευσης της ζωής στη Γη ήταν και παραμένει το κύριο πρόβλημα, μαζί με την κοσμολογία και τη γνώση, για την εύρεση της δομής της ύλης. Η σύγχρονη επιστήμη δεν έχει άμεσες αποδείξεις για το πώς και πού προέκυψε η ζωή. Υπάρχουν μόνο λογικές κατασκευές και έμμεσα στοιχεία που λαμβάνονται μέσω πειραμάτων μοντέλων και δεδομένα στον τομέα της παλαιοντολογίας, της γεωλογίας, της αστρονομίας κ.λπ.

Στην επιστημονική βιολογία, οι πιο γνωστές υποθέσεις για την προέλευση της ζωής στη Γη είναι η θεωρία της πανσπερμίας από τον S. Arrhenius και η θεωρία της προέλευσης της ζωής στη Γη ως αποτέλεσμα μιας μακράς εξελικτικής ανάπτυξης της ύλης που προτάθηκε από τον A. I. Oparin .

Η θεωρία της πανσπερμίας ήταν ευρέως διαδεδομένη στα τέλη του 19ου και στις αρχές του 20ου αιώνα. Και τώρα έχει πολλούς υποστηρικτές.

Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, τα ζωντανά όντα μεταφέρθηκαν στη Γη από το διάστημα. Ιδιαίτερα διαδεδομένες ήταν οι υποθέσεις σχετικά με την εισαγωγή των εμβρύων ζωντανών οργανισμών στη Γη με μετεωρίτες ή κοσμική σκόνη. Μέχρι τώρα, στους μετεωρίτες, προσπαθούν να βρουν ποια σημάδια ζωής. Το 1962, Αμερικανοί επιστήμονες, το 1982, Ρώσοι επιστήμονες ανέφεραν την ανακάλυψη υπολειμμάτων οργανισμών σε μετεωρίτες. Αλλά σύντομα αποδείχθηκε ότι οι δομικοί σχηματισμοί που βρέθηκαν είναι στην πραγματικότητα ορυκτοί κόκκοι και μόνο στην εμφάνιση μοιάζουν με βιολογικές δομές. Το 1992 εμφανίστηκαν τα έργα Αμερικανών επιστημόνων, όπου, με βάση μια μελέτη υλικού που επιλέχτηκε στην Ανταρκτική, περιγράφουν την παρουσία σε μετεωρίτες υπολειμμάτων ζωντανών όντων που μοιάζουν με βακτήρια. Τι περιμένει αυτή την ανακάλυψη ο χρόνος θα δείξει. Όμως, το ενδιαφέρον για τη θεωρία της πανσπερμίας δεν έχει ξεθωριάσει μέχρι σήμερα.

Η συστηματική ανάπτυξη του προβλήματος της προέλευσης της ζωής στη Γη ξεκίνησε τη δεκαετία του 1920. Το 1924 εκδόθηκε το βιβλίο του A. I. Oparin «The Origin of Life» και το 1929 ένα άρθρο του D. Haldane για το ίδιο θέμα. Αλλά, όπως ο ίδιος ο Haldane σημείωσε αργότερα, δύσκολα θα μπορούσε κανείς να βρει κάτι νέο στο άρθρο του που να μην είχε ο Oparin. Επομένως, η θεωρία της προέλευσης της ζωής στη Γη ως αποτέλεσμα της «βιολογικής μεγάλης έκρηξης» μπορεί να ονομαστεί με ασφάλεια θεωρία Oparin και όχι θεωρία Oparin-Haldane.

Σύμφωνα με τη θεωρία του Oparin, η ζωή προήλθε από τη Γη. Αυτή η διαδικασία αποτελείται από τα ακόλουθα στάδια: 1) Οι οργανικές ουσίες σχηματίζονται από ανόργανες ουσίες. 2) υπάρχει ταχεία φυσικοχημική αναδιάταξη των πρωτογενών οργανικών ουσιών. Καθρεφτίστε ασύμμετρες οργανικές προβιολογικές ουσίες σε συνθήκες ενεργού ηφαιστειακής δραστηριότητας, υψηλή θερμοκρασία, ακτινοβολία, ενισχυμένη υπεριώδη ακτινοβολία, καταιγίδες γρήγορα. Κατά τον πολυμερισμό των αριστερόστροφων αμινοξέων, σχηματίστηκαν πρωτογενείς πρωτεΐνες. Ταυτόχρονα, προέκυψαν αζωτούχες βάσεις - νουκλεοτίδια. 3) οι φυσικές και χημικές διεργασίες συνέβαλαν στον σχηματισμό σταγόνων συνενώσεων (coacervates) - δομές που μοιάζουν με γέλη. 4) ο σχηματισμός πολυνουκλεοτιδίων - DNA και RNA και η συμπερίληψή τους σε coacervates. 5) ο σχηματισμός μιας «μεμβράνης» που χώριζε τα κοκοφοίνικα από το περιβάλλον, η οποία οδήγησε στην εμφάνιση ενός προβιολογικού συστήματος, το οποίο ήταν ένα ανοιχτό σύστημα. Είχε την ικανότητα να σχηματίζει μήτρα πρωτεϊνοσύνθεσης και αποσύνθεσης.

Τα επόμενα χρόνια, η θεωρία του Oparin επιβεβαιώθηκε πλήρως. Το μεγάλο πλεονέκτημα μιας θεωρίας είναι ότι μεγάλο μέρος της μπορεί να δοκιμαστεί ή να συσχετιστεί λογικά με επαληθεύσιμες προτάσεις.

Ένα εξαιρετικά σημαντικό βήμα στη διαδικασία της εμφάνισης της ζωής ήταν η μετάβαση των ανόργανων ενώσεων άνθρακα σε οργανικές. Τα αστρονομικά δεδομένα έχουν δείξει ότι ακόμη και τώρα ο σχηματισμός οργανικών ουσιών λαμβάνει χώρα παντού, εντελώς ανεξάρτητα από τη ζωή. Από αυτό συνήχθη το συμπέρασμα ότι μια τέτοια σύνθεση έγινε στη Γη κατά τον σχηματισμό του φλοιού της γης. Μια σειρά εργασιών για τη σύνθεση ξεκίνησε το 1953 από τον S. Miller, ο οποίος συνέθεσε έναν αριθμό αμινοξέων περνώντας μια ηλεκτρική εκκένωση μέσω ενός μείγματος αερίων, που πιθανώς αποτελούσαν την κύρια ατμόσφαιρα (υδρογόνο, υδρατμοί, αμμωνία, μεθάνιο). Αλλάζοντας μεμονωμένα συστατικά και παράγοντες επιρροής, διάφοροι επιστήμονες έλαβαν γλυκίνη, ασκαρικό οξύ και άλλα αμινοξέα. Το 1963, διαμορφώνοντας τις συνθήκες της αρχαίας ατμόσφαιρας, οι επιστήμονες έλαβαν μεμονωμένα πολυπεπτίδια με μοριακό βάρος 3000-9000. Τα τελευταία χρόνια, η χημική σύσταση, οι φυσικοχημικές ιδιότητες και ο μηχανισμός σχηματισμού των σταγόνων συνενώσεων έχουν μελετηθεί λεπτομερώς στο Ινστιτούτο Βιοχημείας της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών και στο Κρατικό Πανεπιστήμιο της Μόσχας. Φάνηκε ότι ταυτόχρονα με τη γενική διαδικασία εξέλιξης των προβιολογικών συστημάτων έγινε η μετατροπή τους σε πιο εξειδικευμένες δομές.

Και εδώ γίνεται σαφές ότι η φυσική επιλογή πρέπει να οδηγήσει στο μέλλον στην εμφάνιση ενός κυττάρου - μιας στοιχειώδους δομικής και λειτουργικής μονάδας ενός ζωντανού οργανισμού.

Τα κύρια χαρακτηριστικά του ζωντανού.

Η ικανότητα κίνησης. Σημάδια που εμφανίζονται σαφώς σε ζώα, πολλά από τα οποία είναι σε θέση να κινούνται ενεργά. Στα πιο απλά όργανα κίνησης είναι τα μαστίγια, οι βλεφαρίδες κλπ. Σε πιο οργανωμένα ζώα εμφανίζονται άκρα. Τα φυτά έχουν επίσης την ικανότητα να κινούνται. Το μονοκύτταρο φύκι Chlamydomonas έχει μαστίγια. Η διασπορά των σπορίων, η διασπορά των σπόρων, η κίνηση στο χώρο με τη βοήθεια ριζωμάτων είναι όλα παραλλαγές κίνησης.

Η ικανότητα να μεγαλώνεις. Όλα τα έμβια όντα μπορούν να αυξηθούν σε μέγεθος και μάζα λόγω τεντώματος, κυτταρικής διαίρεσης κ.λπ.

Η διατροφή, η αναπνοή, η απέκκριση είναι οι διαδικασίες με τις οποίες εξασφαλίζεται ο μεταβολισμός.

Ευερεθιστότητα είναι η ικανότητα αντίδρασης και ανταπόκρισης σε εξωτερικές επιρροές.

Η αναπαραγωγή και το φαινόμενο της μεταβλητότητας και της κληρονομικότητας που συνδέονται με αυτήν είναι το πιο χαρακτηριστικό γνώρισμα των ζωντανών. Κάθε ζωντανός οργανισμός παράγει το δικό του είδος. Οι απόγονοι διατηρούν τα χαρακτηριστικά των γονιών τους και αποκτούν χαρακτηριστικά που είναι μόνο χαρακτηριστικά τους.

Ο συνδυασμός αυτών των χαρακτηριστικών χαρακτηρίζει αναμφίβολα το ζωντανό ως ένα σύστημα που σχηματίζει το μεταβολισμό, την ευερεθιστότητα και την ικανότητα αναπαραγωγής, αλλά πρέπει να θυμόμαστε ότι η έννοια της ζωής είναι πολύ πιο περίπλοκη (βλ. εισαγωγή).

επίπεδα οργάνωσης της ζωής.

Το επίπεδο οργάνωσης είναι η λειτουργική θέση της βιολογικής δομής ενός ορισμένου βαθμού πολυπλοκότητας στο γενικό «σύστημα συστημάτων» των ζωντανών. Συνήθως διακρίνονται μοριακά (μοριακά-γενετικά), κυτταρικά, οργανικά, πληθυσμιακά είδη, βιοκαινοτικά, βιοσφαιρικά επίπεδα οργάνωσης.

Η στοιχειώδης και λειτουργική μονάδα της ζωής είναι το κύτταρο. Ένα κύτταρο έχει σχεδόν όλα τα κύρια χαρακτηριστικά ενός ζωντανού πράγματος, σε αντίθεση με τους λεγόμενους μη κυτταρικούς οργανισμούς (π.χ. ιούς), που υπάρχουν σε μοριακό επίπεδο.

Ο οργανισμός είναι ένας πραγματικός φορέας ζωής, που χαρακτηρίζεται από όλες τις βιοιδιότητές του.

Ένα είδος είναι μια ομάδα ατόμων παρόμοιας δομής και προέλευσης.

Η βιοκένωση είναι ένα διασυνδεδεμένο σύνολο ειδών που κατοικούν σε μια περισσότερο ή λιγότερο ομοιογενή περιοχή γης ή νερού.

Η βιόσφαιρα είναι το σύνολο όλων των βιοκαινώσεων της Γης.

Μέθοδοι για τη μελέτη της βιολογίας.

Οι μέθοδοι της σύγχρονης βιολογίας καθορίζονται από τα καθήκοντά της. Ένα από τα κύρια καθήκοντα της βιολογίας είναι η γνώση του κόσμου των ζωντανών όντων γύρω μας. Οι μέθοδοι της σύγχρονης βιολογίας στοχεύουν ειδικά στη μελέτη αυτού του προβλήματος.

Η επιστημονική έρευνα ξεκινά συνήθως με παρατηρήσεις. Αυτή η μέθοδος μελέτης βιολογικών αντικειμένων έχει χρησιμοποιηθεί από την αρχή της ουσιαστικής ύπαρξης του ανθρώπου. Αυτή η μέθοδος σας επιτρέπει να δημιουργήσετε μια ιδέα για το αντικείμενο που μελετάτε, να συλλέξετε υλικό για περαιτέρω εργασία.

Η παρατήρηση ήταν η κύρια μέθοδος στην περιγραφική περίοδο της ανάπτυξης της βιολογίας. Με βάση τις παρατηρήσεις, διατυπώνεται μια υπόθεση.

Τα επόμενα βήματα στη μελέτη βιολογικών αντικειμένων σχετίζονται με το πείραμα.

Έγινε η βάση για τη μετάβαση της βιολογίας από την περιγραφική επιστήμη στην πειραματική επιστήμη. Το πείραμα σάς επιτρέπει να ελέγξετε τα αποτελέσματα των παρατηρήσεων και να λάβετε δεδομένα που δεν μπορούν να ληφθούν στο πρώτο στάδιο της μελέτης.

Ένα αληθινό επιστημονικό πείραμα πρέπει να συνοδεύεται από ένα πείραμα ελέγχου.

Το πείραμα πρέπει να είναι αναπαραγώγιμο. Αυτό θα επιτρέψει τη λήψη αξιόπιστων δεδομένων και την επεξεργασία δεδομένων με χρήση υπολογιστή.

Τα τελευταία χρόνια, η μέθοδος μοντελοποίησης έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στη βιολογία. Η δημιουργία μαθηματικών μοντέλων φαινομένων και διαδικασιών κατέστη δυνατή με την ευρεία εισαγωγή των υπολογιστών στη βιολογική έρευνα.

Ένα παράδειγμα είναι ο αλγόριθμος για τη μελέτη των ειδών ενός φυτού. Στο πρώτο στάδιο, ο ερευνητής μελετά τα σημάδια του οργανισμού. Τα αποτελέσματα της παρατήρησης καταγράφονται σε ειδικό περιοδικό. Με βάση την αναγνώριση όλων των διαθέσιμων χαρακτηριστικών, διατυπώνεται μια υπόθεση ότι ο οργανισμός ανήκει σε ένα συγκεκριμένο είδος. Η ορθότητα της υπόθεσης προσδιορίζεται με πείραμα. Γνωρίζοντας ότι οι εκπρόσωποι του ίδιου είδους διασταυρώνονται ελεύθερα και παράγουν γόνιμους απογόνους, ο ερευνητής αναπτύσσει έναν οργανισμό από σπόρους που λαμβάνονται από το υπό μελέτη άτομο και διασταυρώνει τον αναπτυσσόμενο οργανισμό με έναν οργανισμό αναφοράς, το είδος στον οποίο είναι εγκατεστημένο εκ των προτέρων. Εάν, ως αποτέλεσμα αυτού του πειράματος, ληφθούν σπόροι από τους οποίους αναπτύσσεται ένας βιώσιμος οργανισμός, τότε η υπόθεση θεωρείται επιβεβαιωμένη.

Ποικιλομορφία του οργανικού κόσμου.

Η ποικιλομορφία, καθώς και η ποικιλομορφία της ζωής στη Γη, μελετάται από τη συστηματική - το πιο σημαντικό τμήμα της βιολογίας.

Τα συστήματα οργανισμών είναι μια αντανάκλαση της ποικιλομορφίας της ζωής στη Γη. Εκπρόσωποι τριών ομάδων οργανισμών ζουν στη Γη: ιοί, προκαρυώτες, ευκαρυώτες.

Οι ιοί είναι οργανισμοί που δεν έχουν κυτταρική δομή. Οι προκαρυώτες και οι ευκαρυώτες είναι οργανισμοί των οποίων η κύρια δομική μονάδα είναι το κύτταρο. Τα προκαρυωτικά κύτταρα δεν έχουν καλοσχηματισμένο κυτταρικό πυρήνα. Στους ευκαρυώτες, το κύτταρο έχει έναν πραγματικό πυρήνα, όπου το πυρηνικό υλικό διαχωρίζεται από το κυτταρόπλασμα με μια μεμβράνη δύο μεμβρανών.

Οι προκαρυώτες περιλαμβάνουν βακτήρια και γαλαζοπράσινα φύκια. Τα βακτήρια είναι μονοκύτταροι, ως επί το πλείστον ετερόζυγοι οργανισμοί. Τα γαλαζοπράσινα φύκια είναι μονοκύτταροι, αποικιακοί ή πολυκύτταροι οργανισμοί με μικτό τύπο διατροφής. Τα γαλαζοπράσινα κύτταρα έχουν χλωροφύλλη που παρέχει αυτότροφη θρέψη, αλλά τα γαλαζοπράσινα μπορούν να απορροφήσουν έτοιμες οργανικές ουσίες από τις οποίες δημιουργούν τις δικές τους μακρομοριακές ουσίες. Υπάρχουν τρία βασίλεια μέσα στους ευκαρυώτες: μύκητες, φυτά και ζώα. Τα μανιτάρια είναι ετερότροφοι οργανισμοί των οποίων το σώμα αντιπροσωπεύεται από το μυκήλιο. Μια ειδική ομάδα μυκήτων είναι οι λειχήνες, όπου τα συμβίωση των μυκήτων είναι μονοκύτταρα ή γαλαζοπράσινα φύκια.

Τα φυτά είναι κυρίως αυτότροφοι οργανισμοί.

Τα ζώα είναι ετερόζυγοι ευκαρυώτες.

Οι ζωντανοί οργανισμοί στη Γη υπάρχουν στην κατάσταση των κοινοτήτων - βιοκαινώσεις.

Η ίδια η σχέση των ιών με τους οργανισμούς είναι αμφισβητήσιμη, αφού δεν μπορούν να αναπαραχθούν έξω από το κύτταρο και δεν έχουν κυτταρική δομή. Κι όμως, οι περισσότεροι βιολόγοι πιστεύουν ότι οι ιοί είναι οι μικρότεροι ζωντανοί οργανισμοί.

Ο Ρώσος βοτανολόγος D.I. Ivanovsky θεωρείται ο ανακάλυψης των ιών, αλλά μόνο με την εφεύρεση του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου κατέστη δυνατή η μελέτη της δομής αυτών των μυστηριωδών δομών. Οι ιοί είναι πολύ απλοί. Ο «πυρήνας» του ιού είναι ένα μόριο DNA ή RNA. Αυτός ο «πυρήνας» περιβάλλεται από μια πρωτεϊνική επικάλυψη. Μερικοί ιοί αναπτύσσουν ένα λιποπρωτεϊνικό περίβλημα που προκύπτει από την κυτταροπλασματική μεμβράνη του κυττάρου ξενιστή.

Μόλις εισέλθουν στο κύτταρο, οι ιοί αποκτούν την ικανότητα να αναπαράγονται. Ταυτόχρονα, «απενεργοποιούν» το DNA του ξενιστή και, χρησιμοποιώντας το νουκλεϊκό τους οξύ, δίνουν την εντολή σύνθεσης νέων αντιγράφων του ιού. Οι ιοί μπορούν να «επιτεθούν» στα κύτταρα όλων των ομάδων οργανισμών. Στους ιούς που «επιτίθενται» στα βακτήρια δίνεται ειδικό όνομα - βακτηριοφάγοι.

Η σημασία των ιών στη φύση συνδέεται με την ικανότητά τους να προκαλούν διάφορες ασθένειες. Αυτό είναι το μωσαϊκό των φύλλων, της γρίπης, της ευλογιάς, της ιλαράς, της πολιομυελίτιδας, της παρωτίτιδας και της «μάστιγας» του εικοστού αιώνα - AIDS.

Η μέθοδος μετάδοσης των ιών πραγματοποιείται με σταγόνα-υγρό, με επαφή, με τη βοήθεια φορέων (ψύλλοι, αρουραίοι, ποντίκια κ.λπ.), μέσω περιττωμάτων και τροφής.

Σύνδρομο επίκτητης ανοσολογικής ανεπάρκειας (AIDS). ιός AIDS.

Το AIDS είναι μια μολυσματική ασθένεια που προκαλείται από έναν ιό RNA. Ο ιός του AIDS έχει σχήμα ράβδου ή οβάλ ή στρογγυλό. Στην τελευταία περίπτωση, η διάμετρός του φτάνει τα 140 nm. Ο ιός αποτελείται από RNA, ένα ένζυμο ρεβαρτάσης, δύο τύπους πρωτεϊνών, δύο τύπους γλυκοπρωτεϊνών και λιπίδια που σχηματίζουν την εξωτερική μεμβράνη. Το ένζυμο καταλύει την αντίδραση της σύνθεσης κλώνου DNA στο εκμαγείο ιικού RNA σε ένα κύτταρο που έχει προσβληθεί από ιό. Ο ιός του AIDS εκφράζεται σε Τ-λεμφοκύτταρα.

Ο ιός είναι ασταθής στο περιβάλλον, ευαίσθητος σε πολλά αντισηπτικά. Η μολυσματική δραστηριότητα του ιού μειώνεται κατά 1000 φορές όταν θερμαίνεται σε θερμοκρασία 56 C για 30 λεπτά.

Η ασθένεια μεταδίδεται σεξουαλικά ή μέσω αίματος. Η μόλυνση από AIDS είναι συνήθως θανατηφόρα!

Βασικές αρχές Κυτταρολογίας.

Βασικές διατάξεις της κυτταρικής θεωρίας.

Το κλουβί ανακαλύφθηκε στο δεύτερο μισό του 17ου αιώνα. Η μελέτη του κυττάρου αναπτύχθηκε ιδιαίτερα έντονα στο δεύτερο μισό του 19ου αιώνα σε σχέση με τη δημιουργία της κυτταρικής θεωρίας. Το κυτταρικό επίπεδο της έρευνας έχει γίνει η κατευθυντήρια αρχή των πιο σημαντικών βιολογικών κλάδων. Στη βιολογία, έχει διαμορφωθεί ένα νέο τμήμα - η κυτταρολογία. Αντικείμενο μελέτης της κυτταρολογίας είναι τα κύτταρα των πολυκύτταρων οργανισμών, καθώς και οι οργανισμοί των οποίων το σώμα αντιπροσωπεύεται από ένα μόνο κύτταρο. Η κυτταρολογία μελετά τη δομή, τη χημική σύσταση, τους τρόπους αναπαραγωγής τους, τις προσαρμοστικές ιδιότητες.

Η θεωρητική βάση της κυτταρολογίας είναι η κυτταρική θεωρία. Η κυτταρική θεωρία διατυπώθηκε το 1838 από τον T. Schwann, αν και οι δύο πρώτες διατάξεις της κυτταρικής θεωρίας ανήκουν στον M. Schleiden, ο οποίος μελέτησε τα φυτικά κύτταρα. Ο T. Schwann, γνωστός ειδικός στη δομή των ζωικών κυττάρων, το 1838, με βάση τα δεδομένα των εργασιών του M. Schleiden και τα αποτελέσματα της δικής του έρευνας, έβγαλε τα ακόλουθα συμπεράσματα:

Το κύτταρο είναι η μικρότερη δομική μονάδα των ζωντανών οργανισμών.

Τα κύτταρα σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της δραστηριότητας των ζωντανών οργανισμών.

Τα ζωικά και φυτικά κύτταρα έχουν περισσότερες ομοιότητες παρά διαφορές.

Τα κύτταρα των πολυκύτταρων οργανισμών διασυνδέονται δομικά και λειτουργικά.

Περαιτέρω μελέτη της δομής και της δραστηριότητας της ζωής κατέστησε δυνατό να μάθουμε πολλά γι 'αυτό. Αυτό διευκολύνθηκε από την τελειοποίηση των μικροσκοπικών τεχνικών, των μεθόδων έρευνας και την άφιξη πολλών ταλαντούχων ερευνητών στην κυτταρολογία. Η δομή του πυρήνα μελετήθηκε λεπτομερώς, πραγματοποιήθηκε κυτταρολογική ανάλυση τόσο σημαντικών βιολογικών διεργασιών όπως η μίτωση, η μείωση και η γονιμοποίηση. Η μικροδομή του ίδιου του κυττάρου έγινε γνωστή. Ανακαλύφθηκαν και περιγράφηκαν κυτταρικά οργανίδια. Το πρόγραμμα κυτταρολογικής έρευνας του 20ου αιώνα έθεσε ως στόχο τη διαλεύκανση και την ακριβέστερη διάκριση των ιδιοτήτων του κυττάρου. Ως εκ τούτου, δόθηκε ιδιαίτερη προσοχή στη μελέτη της χημικής σύστασης του κυττάρου και του μηχανισμού με τον οποίο το κύτταρο απορροφά ουσίες από το περιβάλλον.

Όλες αυτές οι μελέτες κατέστησαν δυνατό τον πολλαπλασιασμό και την επέκταση των διατάξεων της κυτταρικής θεωρίας, τα κύρια αξιώματα της οποίας μοιάζουν επί του παρόντος ως εξής:

Το κύτταρο είναι η βασική και δομική μονάδα όλων των ζωντανών οργανισμών.

Τα κύτταρα σχηματίζονται μόνο από κύτταρα ως αποτέλεσμα της διαίρεσης.

Τα κύτταρα όλων των οργανισμών έχουν παρόμοια δομή, χημική σύνθεση και βασικές φυσιολογικές λειτουργίες.

Τα κύτταρα των πολυκύτταρων οργανισμών σχηματίζουν ένα ενιαίο λειτουργικό σύμπλεγμα.

Τα κύτταρα των ανώτερων φυτών και ζώων σχηματίζουν λειτουργικά σχετιζόμενες ομάδες - ιστούς. Τα όργανα που αποτελούν το σώμα σχηματίζονται από ιστούς.

Δομικά χαρακτηριστικά προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών κυττάρων.

Οι προκαρυώτες είναι οι αρχαιότεροι οργανισμοί που σχηματίζουν ένα ανεξάρτητο βασίλειο. Οι προκαρυώτες περιλαμβάνουν βακτήρια, γαλαζοπράσινα «φύκια» και μια σειρά από άλλες μικρές ομάδες.

Τα προκαρυωτικά κύτταρα δεν έχουν ξεχωριστό πυρήνα. Παρουσιάζεται η γενετική συσκευή. αποτελείται από κυκλικό DNA. Δεν υπάρχουν μιτοχόνδρια και η συσκευή Golgi στο κύτταρο.

Οι ευκαρυώτες είναι οργανισμοί που έχουν πραγματικό πυρήνα. Οι ευκαρυόλτες περιλαμβάνουν εκπροσώπους του φυτικού βασιλείου, του ζωικού βασιλείου και του βασιλείου των μυκήτων.

Τα ευκαρυωτικά κύτταρα είναι συνήθως μεγαλύτερα από τα προκαρυωτικά κύτταρα, χωρισμένα σε ξεχωριστά δομικά στοιχεία. Το DNA που συνδέεται με μια πρωτεΐνη σχηματίζει χρωμοσώματα, τα οποία βρίσκονται στον πυρήνα, που περιβάλλονται από ένα πυρηνικό περίβλημα και είναι γεμάτα με καρυόπλασμα. Η διαίρεση των ευκαρυωτικών κυττάρων σε δομικά στοιχεία πραγματοποιείται με τη χρήση βιολογικών μεμβρανών.

ευκαρυωτικά κύτταρα. Δομή και λειτουργίες.

Οι ευκαρυώτες περιλαμβάνουν φυτά, ζώα, μύκητες.

Η δομή των φυτικών και μυκητιακών κυττάρων συζητείται λεπτομερώς στην ενότητα βοτανικής "Εγχειρίδια για αιτούντες σε πανεπιστήμια" που συντάχθηκε από τον M. A. Galkin.

Σε αυτό το εγχειρίδιο, θα επισημάνουμε τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των ζωικών κυττάρων, με βάση μια από τις διατάξεις της κυτταρικής θεωρίας. «Υπάρχουν περισσότερες ομοιότητες μεταξύ φυτικών και ζωικών κυττάρων παρά διαφορές».

Τα ζωικά κύτταρα δεν έχουν κυτταρικό τοίχωμα. Αντιπροσωπεύεται από έναν γυμνό πρωτοπλάστη. Το οριακό στρώμα ενός ζωικού κυττάρου - ο γλυκοκάλυκας είναι το ανώτερο στρώμα της κυτταροπλασματικής μεμβράνης που «ενισχύεται» από μόρια πολυσακχαρίτη, τα οποία αποτελούν μέρος της μεσοκυττάριας ουσίας από ό,τι στο κύτταρο.

Τα μιτοχόνδρια έχουν διπλωμένα cristae.

Τα ζωικά κύτταρα έχουν ένα κυτταρικό κέντρο που αποτελείται από δύο κεντρόλια. Αυτό υποδηλώνει ότι οποιοδήποτε ζωικό κύτταρο είναι δυνητικά ικανό για διαίρεση.

Η ένταξη σε ένα ζωικό κύτταρο παρουσιάζεται με τη μορφή κόκκων και σταγόνων (πρωτεΐνες, λίπη, γλυκογόνο υδατανθράκων), τελικά προϊόντα του μεταβολισμού, κρυστάλλους αλατιού, χρωστικές.

Στα ζωικά κύτταρα, μπορεί να υπάρχουν συσταλτικά, πεπτικά, εκκριτικά κενοτόπια μικρού μεγέθους.

Δεν υπάρχουν πλαστίδια στα κύτταρα, εγκλείσματα με τη μορφή κόκκων αμύλου, κόκκων, μεγάλα κενοτόπια γεμάτα με χυμό.

Κυτταρική διαίρεση.

Ένα κύτταρο σχηματίζεται μόνο από ένα κύτταρο ως αποτέλεσμα της διαίρεσης. Τα ευκαρυωτικά κύτταρα διαιρούνται ανάλογα με τον τύπο της μίτωσης ή ανάλογα με τον τύπο της μείωσης. Και οι δύο αυτές διαιρέσεις προχωρούν σε τρία στάδια:

Η διαίρεση των φυτικών κυττάρων ανάλογα με τον τύπο της μίτωσης και σύμφωνα με τον τύπο της μείωσης περιγράφεται λεπτομερώς στην ενότητα "Βοτανική" του εγχειριδίου για αιτούντες σε πανεπιστήμια που συνέταξε ο M. A. Galkin.

Εδώ αναφέρουμε μόνο τα χαρακτηριστικά της διαίρεσης για τα ζωικά κύτταρα.

Τα χαρακτηριστικά της διαίρεσης στα ζωικά κύτταρα συνδέονται με την απουσία κυτταρικού τοιχώματος σε αυτά. Όταν ένα κύτταρο διαιρείται ανάλογα με τον τύπο της μίτωσης στην κυτταροκίνηση, ο διαχωρισμός των θυγατρικών κυττάρων συμβαίνει ήδη στο πρώτο στάδιο.Στα φυτά, τα θυγατρικά κύτταρα σχηματίζονται υπό την προστασία του κυτταρικού τοιχώματος του μητρικού κυττάρου, το οποίο καταστρέφεται μόνο μετά την εμφάνιση του πρωτογενούς κυτταρικού τοιχώματος στα θυγατρικά κύτταρα. Όταν ένα κύτταρο διαιρείται ανάλογα με τον τύπο της μείωσης στα ζώα, η διαίρεση συμβαίνει ήδη στην τελόφαση 1. Στα φυτά, στην τελόφαση 1, τελειώνει ο σχηματισμός ενός διπυρηνικού κυττάρου.

Ο σχηματισμός της ατράκτου διαίρεσης στην τελοφάση ένα προηγείται από την απόκλιση των κεντρολίων προς τους πόλους του κυττάρου. Από τα κεντρόλια αρχίζει ο σχηματισμός νημάτων ατράκτου. Στα φυτά, τα νήματα της ατράκτου αρχίζουν να σχηματίζονται από συστάδες πόλων μικροσωληνίσκων.

Κυτταρική κίνηση. Οργανίδια κίνησης.

Οι ζωντανοί οργανισμοί που αποτελούνται από ένα κύτταρο έχουν συχνά την ικανότητα να κινούνται ενεργά. Οι μηχανισμοί κίνησης που έχουν προκύψει στη διαδικασία της εξέλιξης είναι πολύ διαφορετικοί. Οι κύριες μορφές κίνησης είναι - αμοιβοειδές και με τη βοήθεια μαστιγίων. Επιπλέον, τα κύτταρα μπορούν να κινηθούν εκκρίνοντας βλέννα ή μετακινώντας την κύρια ουσία του κυτταροπλάσματος.

Το κίνημα των αμοιβάδων πήρε το όνομά του από τον απλούστερο οργανισμό - την αμοιβάδα. Τα όργανα κίνησης στην αμοιβάδα είναι ψεύτικα πόδια - ψευδοομοιότητα, τα οποία είναι προεξοχές του κυτταροπλάσματος. Σχηματίζονται σε διαφορετικά σημεία στην επιφάνεια του κυτταροπλάσματος. Μπορούν να εξαφανιστούν και να επανεμφανιστούν αλλού.

Η κίνηση με τη βοήθεια μαστιγίων είναι χαρακτηριστική για πολλά μονοκύτταρα φύκια (για παράδειγμα, χλαμυδομόνα), πρωτόζωα (για παράδειγμα, πράσινη ευγλένα) και βακτήρια. Τα όργανα κίνησης σε αυτούς τους οργανισμούς είναι μαστίγια - κυτταροπλασματικές αποφύσεις στην επιφάνεια του κυτταροπλάσματος.

Η χημική σύνθεση του κυττάρου.

Η χημική σύνθεση του κυττάρου σχετίζεται στενά με τα χαρακτηριστικά της δομής και της λειτουργίας αυτής της στοιχειώδους και λειτουργικής μονάδας του ζωντανού.

Καθώς και μορφολογικά, το πιο κοινό και καθολικό για κύτταρα εκπροσώπων όλων των βασιλείων είναι η χημική σύνθεση του πρωτοπλάστη. Το τελευταίο περιέχει περίπου 80% νερό, 10% οργανική ύλη και 1% άλατα. Ο πρωταγωνιστικός ρόλος στον σχηματισμό του πρωτοπλάστη μεταξύ αυτών είναι πρωτίστως οι πρωτεΐνες, τα νουκλεϊκά οξέα, τα λιπίδια και οι υδατάνθρακες.

Σύμφωνα με τη σύνθεση των χημικών στοιχείων, ο πρωτοπλάστης είναι εξαιρετικά πολύπλοκος. Περιέχει ουσίες τόσο με μικρό μοριακό βάρος όσο και ουσίες με μεγάλο μόριο. Το 80% του βάρους του πρωτοπλάστη αποτελείται από ουσίες υψηλού μοριακού βάρους και μόνο το 30% είναι ενώσεις χαμηλού μοριακού βάρους. Ταυτόχρονα, για κάθε μακρομόριο υπάρχουν εκατοντάδες, και για κάθε μεγάλο μακρομόριο υπάρχουν χιλιάδες και δεκάδες χιλιάδες μόρια.

Αν λάβουμε υπόψη την περιεκτικότητα του κυττάρου σε χημικά στοιχεία, τότε η πρώτη θέση θα πρέπει να δοθεί στο οξυγόνο (65-25%). Ακολουθούν ο άνθρακας (15-20%), το υδρογόνο (8-10%) και το άζωτο (2-3%). Ο αριθμός των άλλων στοιχείων, και περίπου εκατό από αυτά βρέθηκαν στα κύτταρα, είναι πολύ μικρότερος. Η σύνθεση των χημικών στοιχείων σε ένα κύτταρο εξαρτάται τόσο από τα βιολογικά χαρακτηριστικά του οργανισμού όσο και από το ενδιαίτημα.

Ανόργανες ουσίες και ο ρόλος τους στη ζωή του κυττάρου.

Οι ανόργανες ουσίες του κυττάρου περιλαμβάνουν νερό και άλατα. Για τις διεργασίες ζωής, από τα κατιόντα που αποτελούν τα άλατα, τα πιο σημαντικά είναι τα K, Ca, Mg, Fe, Na, NH, από τα ανιόντα NO, HPO, HPO.

Τα ιόντα αμμωνίου και νιτρικών ανάγεται σε φυτικά κύτταρα σε NH και περιλαμβάνονται στη σύνθεση αμινοξέων. Στα ζώα, τα αμινοξέα χρησιμοποιούνται για την κατασκευή των δικών τους πρωτεϊνών. Όταν οι οργανισμοί πεθαίνουν, περιλαμβάνονται στον κύκλο των ουσιών με τη μορφή ελεύθερου αζώτου. Αποτελούν μέρος πρωτεϊνών, αμινοξέων, νουκλεϊκών οξέων και ATP. Εάν τα φωσφορικά άλατα, που βρίσκονται στο έδαφος, διαλύονται από τις ριζικές εκκρίσεις των φυτών και απορροφώνται. Αποτελούν μέρος όλων των δομών της μεμβράνης, νουκλεϊκών οξέων και ATP, ενζύμων, ιστών.

Το κάλιο βρίσκεται σε όλα τα κύτταρα με τη μορφή ιόντων Κ. Η «αντλία καλίου» του κυττάρου προάγει τη διείσδυση ουσιών μέσω της κυτταρικής μεμβράνης. Ενεργοποιεί τις ζωτικές διεργασίες των κυττάρων, τις διεγέρσεις και τις παρορμήσεις.

Το ασβέστιο βρίσκεται στα κύτταρα με τη μορφή ιόντων ή κρυστάλλων αλάτων. Περιλαμβάνεται στο αίμα συμβάλλει στην πήξη του. Περιλαμβάνεται στα οστά, κοχύλια, ασβεστολιθικοί σκελετοί πολυπόδων κοραλλιών.

Το μαγνήσιο βρίσκεται με τη μορφή ιόντων στα φυτικά κύτταρα. Περιλαμβάνεται στη χλωροφύλλη.

Τα ιόντα σιδήρου αποτελούν μέρος της αιμοσφαιρίνης που περιέχεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια, τα οποία παρέχουν μεταφορά οξυγόνου.

Τα ιόντα νατρίου εμπλέκονται στη μεταφορά ουσιών μέσω της μεμβράνης.

Στην πρώτη θέση μεταξύ των ουσιών που απαρτίζουν το κύτταρο, βρίσκεται το νερό. Περιέχεται στην κύρια ουσία του κυτταροπλάσματος, στον κυτταρικό χυμό, στο καρυόπλασμα, στα οργανίδια. Εισέρχεται σε αντιδράσεις σύνθεσης, υδρόλυσης και οξείδωσης. Είναι ένας γενικός διαλύτης και πηγή οξυγόνου. Το νερό παρέχει στροβιλισμό, ρυθμίζει την οσμωτική πίεση. Τέλος, είναι ένα μέσο για φυσιολογικές και βιοχημικές διεργασίες που συμβαίνουν στο κύτταρο. Με τη βοήθεια του νερού εξασφαλίζεται η μεταφορά ουσιών μέσω της βιολογικής μεμβράνης, η διαδικασία της θερμορύθμισης κ.λπ.

Το νερό με άλλα συστατικά - οργανικά και ανόργανα, υψηλού και χαμηλού μοριακού βάρους - συμμετέχει στο σχηματισμό της δομής του πρωτοπλάστη.

Οργανικές ουσίες (πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, λιπίδια, νουκλεϊκά οξέα, ATP), η δομή και ο ρόλος τους στη ζωή του κυττάρου.

Το κύτταρο είναι η στοιχειώδης δομή στην οποία διεξάγονται όλα τα κύρια στάδια του βιολογικού μεταβολισμού και περιέχονται όλα τα κύρια χημικά συστατικά της ζωντανής ύλης. Το 80% του βάρους του πρωτοπλάστη αποτελείται από μακρομοριακές ουσίες - πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, λιπίδια, νουκλεϊκά οξέα.

Μεταξύ των κύριων συστατικών του πρωτοπλάσματος, η κύρια τιμή ανήκει στην πρωτεΐνη. Το μακρομόριο πρωτεΐνης έχει την πιο πολύπλοκη σύνθεση και δομή και χαρακτηρίζεται από εξαιρετικά πλούσια εκδήλωση χημικών και φυσικοχημικών ιδιοτήτων. Περιέχει μια από τις πιο σημαντικές ιδιότητες της ζωντανής ύλης - τη βιολογική εξειδίκευση.

Τα αμινοξέα είναι τα κύρια δομικά στοιχεία ενός μορίου πρωτεΐνης. Τα μόρια των περισσότερων αμινοξέων περιέχουν μία ομάδα καρβοξυλίου και μίας αμίνης το καθένα. Τα αμινοξέα σε μια πρωτεΐνη αλληλοσυνδέονται μέσω πεπτιδικών δεσμών λόγω ομάδων καρβοξυλίου και αμίνης, δηλαδή μια πρωτεΐνη είναι ένα πολυμερές, το μονομερές του οποίου είναι τα αμινοξέα. Οι πρωτεΐνες των ζωντανών οργανισμών σχηματίζονται από είκοσι «χρυσά» αμινοξέα.

Το σύνολο των πεπτιδικών δεσμών που ενώνει μια αλυσίδα υπολειμμάτων αμινοξέων σχηματίζει μια πεπτιδική αλυσίδα - ένα είδος ραχοκοκαλιάς μορίων πολυπεπτιδίου.

Σε ένα μακρομόριο πρωτεΐνης, διακρίνονται διάφορες τάξεις δομής - πρωτογενής, δευτερογενής, τριτογενής. Η πρωτογενής δομή μιας πρωτεΐνης καθορίζεται από την αλληλουχία των υπολειμμάτων αμινοξέων. Η δευτερεύουσα δομή των πολυπεπτιδικών αλυσίδων είναι μια συνεχής ή ασυνεχής έλικα. Ο χωρικός προσανατολισμός αυτών των ελίκων ή ο συνδυασμός πολλών πολυπεπτιδίων συνιστούν ένα σύστημα υψηλότερης τάξης - μια τριτοταγή δομή χαρακτηριστική των μορίων πολλών πρωτεϊνών. Για μεγάλα μόρια πρωτεΐνης, τέτοιες δομές είναι μόνο υπομονάδες, η αμοιβαία χωρική διάταξη των οποίων αποτελεί μια τεταρτοταγή δομή.

Οι φυσιολογικά ενεργές πρωτεΐνες έχουν σφαιρική δομή όπως πηνίο ή κύλινδρο.

Η αλληλουχία και η δομή αμινοξέων καθορίζουν τις ιδιότητες της πρωτεΐνης και οι ιδιότητες καθορίζουν τη λειτουργία. Υπάρχουν πρωτεΐνες που είναι αδιάλυτες στο νερό και υπάρχουν πρωτεΐνες που είναι ελεύθερα διαλυτές στο νερό. Υπάρχουν πρωτεΐνες διαλυτές μόνο σε ασθενή διαλύματα αλκαλίων ή αλκοόλης 60-80%. Οι πρωτεΐνες διαφέρουν επίσης ως προς το μοριακό βάρος, και ως εκ τούτου στο μέγεθος της πολυπεπτιδικής αλυσίδας. Ένα μόριο πρωτεΐνης υπό την επίδραση ορισμένων παραγόντων μπορεί να σπάσει ή να χαλαρώσει. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται μετουσίωση. Η διαδικασία της μετουσίωσης είναι αναστρέψιμη, δηλαδή η πρωτεΐνη μπορεί να αλλάξει τις ιδιότητές της.

Οι λειτουργίες των πρωτεϊνών στο κύτταρο ποικίλλουν. Αυτές είναι, πρώτα απ 'όλα, δομικές λειτουργίες - η πρωτεΐνη είναι μέρος των μεμβρανών. Οι πρωτεΐνες λειτουργούν ως καταλύτες. Επιταχύνουν τις αντιδράσεις. Οι κυτταρικοί καταλύτες ονομάζονται ένζυμα. Οι πρωτεΐνες εκτελούν επίσης μια λειτουργία μεταφοράς. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η αιμοσφαιρίνη, ένας παράγοντας που μεταφέρει οξυγόνο. Η προστατευτική λειτουργία των πρωτεϊνών είναι γνωστή. Θυμηθείτε τον σχηματισμό στα κύτταρα ουσιών που δεσμεύουν και εξουδετερώνουν ουσίες που μπορούν να βλάψουν το κύτταρο. Αν και ασήμαντο, οι πρωτεΐνες εκτελούν μια ενεργειακή λειτουργία. Διασπώνται σε αμινοξέα, απελευθερώνουν ενέργεια.

Περίπου το 1% της ξηρής ουσίας του κυττάρου είναι υδατάνθρακες. Οι υδατάνθρακες χωρίζονται σε απλά σάκχαρα, σε υδατάνθρακες χαμηλού μοριακού βάρους και σε σάκχαρα υψηλού μοριακού βάρους. Όλοι οι τύποι υδατανθράκων περιέχουν άτομα άνθρακα, υδρογόνου και οξυγόνου.

Τα απλά σάκχαρα, ή μονόζες, χωρίζονται σε πεντόζες και επτόζες ανάλογα με τον αριθμό των μονάδων άνθρακα στο μόριο. Από τους υδατάνθρακες χαμηλού μοριακού βάρους στη φύση, η σακχαρόζη, η μαλτόζη και η λακτόζη είναι οι πιο διαδεδομένοι. Οι υδατάνθρακες υψηλού μοριακού βάρους χωρίζονται σε απλούς και σύνθετους. Απλοί είναι οι πολυσακχαρίτες, τα μόρια των οποίων αποτελούνται από υπολείμματα οποιασδήποτε μονόζης. Αυτά είναι το άμυλο, το γλυκογόνο, η κυτταρίνη. Τα σύνθετα περιλαμβάνουν πηκτίνη, βλέννα. Η σύνθεση των σύνθετων υδατανθράκων, εκτός από τις μονόζες, περιλαμβάνει τα προϊόντα της οξείδωσης και αναγωγής τους.

Οι υδατάνθρακες εκτελούν μια δομική λειτουργία, αποτελώντας τη βάση του κυτταρικού τοιχώματος. Όμως η κύρια λειτουργία των υδατανθράκων είναι η ενέργεια. Όταν οι σύνθετοι υδατάνθρακες διασπώνται σε απλούς και οι απλοί σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό, απελευθερώνεται σημαντική ποσότητα ενέργειας.

Όλα τα ζωικά και φυτικά κύτταρα περιέχουν λιπίδια. Τα λιπίδια περιλαμβάνουν ουσίες ποικίλης χημικής φύσης, αλλά με κοινές φυσικές και χημικές ιδιότητες, συγκεκριμένα: Αδιαλυτότητα στο νερό και καλή διαλυτότητα σε οργανικούς διαλύτες - αιθέρας, βενζόλιο, βενζίνη, χλωροφόρμιο.

Σύμφωνα με τη χημική τους σύσταση και δομή, τα λιπίδια χωρίζονται σε φωσφολιπίδια, σουλφολιπίδια, στερόλες, λιποδιαλυτές χρωστικές, λίπη και κεριά. Τα μόρια λιπιδίων είναι πλούσια σε υδρόφοβες ρίζες και ομάδες.

Η δομική λειτουργία των λιπιδίων είναι μεγάλη. Το μεγαλύτερο μέρος των βιολογικών μεμβρανών αποτελείται από λιπίδια. Κατά τη διάσπαση των λιπών, απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Τα λιπίδια περιλαμβάνουν ορισμένες βιταμίνες (A, D). Τα λιπίδια επιτελούν προστατευτική λειτουργία στα ζώα. Αποτίθενται κάτω από το δέρμα, δημιουργώντας ένα στρώμα με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα. Το λίπος της καμήλας είναι η πηγή του νερού. Ένα κιλό λίπους οξειδώνεται για να δώσει ένα κιλό νερό.

Τα νουκλεϊκά οξέα, όπως και οι πρωτεΐνες, παίζουν πρωταγωνιστικό ρόλο στο μεταβολισμό και τη μοριακή οργάνωση της ζωντανής ύλης. Συνδέονται με τη σύνθεση πρωτεϊνών, την ανάπτυξη και διαίρεση των κυττάρων, το σχηματισμό κυτταρικών δομών και, κατά συνέπεια, το σχηματισμό και την κληρονομικότητα του σώματος.

Τα νουκλεϊκά οξέα περιέχουν τρία βασικά δομικά στοιχεία: φωσφορικό οξύ, υδατάνθρακες τύπου πεντόζης και αζωτούχες βάσεις. όταν συνδυάζονται σχηματίζουν νουκλεοτίδια. Τα νουκλεϊκά οξέα είναι πολυνουκλεοτίδια, δηλαδή προϊόντα πολυμερισμού μεγάλου αριθμού νουκλεοτιδίων. Στα νουκλεοτίδια, τα δομικά στοιχεία συνδέονται με την ακόλουθη σειρά: φωσφορικό οξύ - πεντόζη - αζωτούχα βάση. Ταυτόχρονα, η πεντόζη συνδέεται με το φωσφορικό οξύ με έναν αιθερικό δεσμό και με μια βάση - με έναν γλυκοσιδικό δεσμό. Η σύνδεση μεταξύ των νουκλεοτιδίων στο νουκλεϊκό οξύ πραγματοποιείται μέσω του φωσφορικού οξέος, οι ελεύθερες ρίζες του οποίου προκαλούν τις όξινες ιδιότητες των νουκλεϊκών οξέων.

Στη φύση, υπάρχουν δύο τύποι νουκλεϊκών οξέων - ριβονουκλεϊκό και δεοξυριβονουκλεϊκό (RNA και DNA). Διαφέρουν ως προς το συστατικό άνθρακα και το σύνολο των αζωτούχων βάσεων.

Το RNA περιέχει ριβόζη ως συστατικό άνθρακα, το DNA περιέχει δεοξυριβόζη.

Οι αζωτούχες βάσεις των νουκλεϊκών οξέων είναι παράγωγα της πουρίνης και της πυραμιδίνης. Τα πρώτα περιλαμβάνουν αδενίνη και γουανίνη, τα οποία είναι απαραίτητα συστατικά των νουκλεϊκών οξέων. Τα παράγωγα πυραμιδίνης είναι η κυτοσίνη, η θυμίνη, η ουρακίλη. Από αυτά, μόνο η κυτοσίνη απαιτείται και για τα δύο νουκλεϊκά οξέα. Όσο για τη θυμίνη και την ουρακίλη, η πρώτη είναι χαρακτηριστικό του DNA, η δεύτερη του RNA. Ανάλογα με την παρουσία μιας αζωτούχου βάσης, τα νουκλεοτίδια ονομάζονται αδενίνη, κυτοζύλιο, γουανίνη, θυμίνη, ουρακίλη.

Η δομική δομή των νουκλεϊκών οξέων έγινε γνωστή μετά τη μεγαλύτερη ανακάλυψη που έγινε το 1953 από τους Watson και Crick.

Το μόριο DNA αποτελείται από δύο ελικοειδείς πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες στριμμένες γύρω από έναν κοινό άξονα. Αυτές οι αλυσίδες αντικρίζουν η μία την άλλη με αζωτούχες βάσεις. Οι τελευταίοι συγκρατούν και τις δύο αλυσίδες μαζί σε όλο το μόριο. Μόνο δύο συνδυασμοί είναι δυνατοί σε ένα μόριο DNA: αδενίνη με θυμίνη και γουανίνη με κυτοσίνη. Κατά μήκος της έλικας, δύο "αυλάκια" σχηματίζονται στο μακρομόριο - η μία μικρή βρίσκεται ανάμεσα σε δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες, η άλλη - μια μεγάλη - αντιπροσωπεύει ένα άνοιγμα μεταξύ των στροφών. Η απόσταση μεταξύ των ζευγών βάσεων κατά μήκος του άξονα του μορίου DNA είναι 3,4 Α. 10 ζεύγη νουκλεοτιδίων χωρούν σε μία στροφή της έλικας, αντίστοιχα, το μήκος μιας στροφής είναι 3,4 Α. Η διάμετρος διατομής της έλικας είναι 20 Α. Το DNA στους ευκαρυώτες περιέχεται στον πυρήνα του κυττάρου, όπου είναι μέρος των χρωμοσωμάτων, και στο κυτταρόπλασμα, όπου βρίσκεται στα μιτοχόνδρια και στους χλωροπλάστες.

Μια ειδική ιδιότητα του DNA είναι η ικανότητά του να διπλασιάζεται - αυτή η διαδικασία αυτο-αναπαραγωγής θα καθορίσει τη μεταφορά των κληρονομικών ιδιοτήτων από το μητρικό κύτταρο στα θυγατρικά.

Της σύνθεσης του DNA προηγείται η μετάβαση της δομής του από δίκλωνο σε μονόκλωνο. Μετά από αυτό, σε κάθε πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα, καθώς σχηματίζεται μια νέα πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα στη μήτρα, η αλληλουχία νουκλεοτιδίων στην οποία αντιστοιχεί στην αρχική, μια τέτοια αλληλουχία καθορίζεται από την αρχή της συμπληρωματικότητας της βάσης. Απέναντι σε κάθε Α στέκεται Τ, έναντι Γ - Γ.

Το ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA) είναι ένα πολυμερές του οποίου τα μονομερή είναι ριβονουκλεοτίδια: αδενίνη, κυτοσίνη, γουανίνη, ουρακίλη.

Επί του παρόντος, υπάρχουν τρεις τύποι RNA - δομικό, διαλυτό ή μεταφορικό, πληροφοριακό. Το δομικό RNA βρίσκεται κυρίως στα ριβοσώματα. Ως εκ τούτου, ονομάζεται ριβοσωμικό RNA. Αποτελεί έως και το 80% του συνόλου του κυτταρικού RNA. Το RNA μεταφοράς αποτελείται από 80-80 νουκλεοτίδια. Βρίσκεται στην κύρια ουσία του κυτταροπλάσματος. Αποτελεί περίπου το 10-15% του συνόλου του RNA. Παίζει το ρόλο του φορέα αμινοξέων στα ριβοσώματα, όπου λαμβάνει χώρα η πρωτεϊνοσύνθεση. Το αγγελιοφόρο RNA δεν είναι πολύ ομοιογενές. μπορεί να έχει μοριακό βάρος από 300.000 έως 2 εκατομμύρια ή περισσότερο και είναι εξαιρετικά μεταβολικά ενεργό. Το αγγελιοφόρο RNA σχηματίζεται συνεχώς στον πυρήνα του DNA, το οποίο παίζει το ρόλο ενός εκμαγείου και αποστέλλεται στα ριβοσώματα όπου συμμετέχει στη σύνθεση πρωτεϊνών. Από αυτή την άποψη, το αγγελιαφόρο RNA ονομάζεται αγγελιοφόρο RNA. Είναι το 10-5% της συνολικής ποσότητας RNA.

Μεταξύ των οργανικών ουσιών του κυττάρου, ιδιαίτερη θέση κατέχει το αδενινοτριφωσφορικό οξύ. Περιέχει τρία γνωστά συστατικά: την αζωτούχα βάση αδενίνη, υδατάνθρακες (ριβόζη) και φωσφορικό οξύ. Ένα χαρακτηριστικό της δομής του ΑΤΡ είναι η παρουσία δύο επιπλέον φωσφορικών ομάδων συνδεδεμένων με το ήδη υπάρχον υπόλειμμα φωσφορικού οξέος, με αποτέλεσμα το σχηματισμό δεσμών πλούσιων σε ενέργεια. Τέτοιες συνδέσεις ονομάζονται μακροενεργειακές. Ένας μακροενεργειακός δεσμός σε ένα γραμμάριο μόριο μιας ουσίας περιέχει έως και 16.000 θερμίδες. Το ATP και το ADP σχηματίζονται κατά την αναπνοή λόγω της ενέργειας που απελευθερώνεται κατά την οξειδωτική διάσπαση υδατανθράκων, λιπών κ.λπ. Η αντίστροφη διαδικασία, δηλαδή η μετάβαση από το ATP στο ADP, συνοδεύεται από την απελευθέρωση ενέργειας, η οποία χρησιμοποιείται άμεσα σε ορισμένη ζωή διεργασίες - σε ουσίες σύνθεσης, στην κίνηση της βασικής ουσίας του κυτταροπλάσματος, στη διεξαγωγή διεγέρσεων, κ.λπ. Το ATP είναι μια ενιαία και καθολική πηγή ενέργειας που τροφοδοτεί το κύτταρο. Όπως έχει γίνει γνωστό τα τελευταία χρόνια, το ATP και το ADP, AMP αποτελούν την πρώτη ύλη για τον σχηματισμό νουκλεϊκών οξέων.

Ρυθμιστικές και σηματοδοτικές ουσίες.

Οι πρωτεΐνες έχουν μια σειρά από αξιόλογες ιδιότητες.

Ένζυμα. Οι περισσότερες από τις αντιδράσεις αφομοίωσης και αφομοίωσης στον οργανισμό συμβαίνουν με τη συμμετοχή ενζύμων - πρωτεϊνών που είναι βιολογικοί καταλύτες. Επί του παρόντος, είναι γνωστή η ύπαρξη περίπου 700 ενζύμων. Όλες είναι απλές ή πολύπλοκες πρωτεΐνες. Τα τελευταία αποτελούνται από πρωτεΐνη και συνένζυμο. Τα συνένζυμα είναι διάφορες φυσιολογικά δραστικές ουσίες ή τα παράγωγά τους - νουκλεοτίδια, φλαβίνες κ.λπ.

Τα ένζυμα χαρακτηρίζονται από εξαιρετικά υψηλή δραστηριότητα, η οποία εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το pH του μέσου. Για τα ένζυμα, η ειδικότητά τους είναι πιο χαρακτηριστική. Κάθε ένζυμο είναι σε θέση να ρυθμίσει μόνο έναν αυστηρά καθορισμένο τύπο αντίδρασης.

Έτσι, τα ένζυμα δρουν ως επιταχυντές και ρυθμιστές σχεδόν όλων των βιοχημικών διεργασιών στο κύτταρο και στο σώμα.

Οι ορμόνες είναι τα μυστικά των ενδοκρινών αδένων. Οι ορμόνες εξασφαλίζουν τη σύνθεση ορισμένων ενζύμων στο κύτταρο, ενεργοποιούν ή αναστέλλουν το έργο τους. Έτσι, επιταχύνουν την ανάπτυξη του σώματος και την κυτταρική διαίρεση, ενισχύουν τη μυϊκή λειτουργία, ρυθμίζουν την απορρόφηση και την απέκκριση νερού και αλάτων. Το ορμονικό σύστημα, μαζί με το νευρικό σύστημα, εξασφαλίζει τη δραστηριότητα του οργανισμού συνολικά, μέσω της ειδικής δράσης των ορμονών.

Βιταμίνες. Ο βιολογικός τους ρόλος.

Οι βιταμίνες είναι οργανικές ουσίες που παράγονται στο σώμα των ζώων ή παρέχονται με την τροφή σε πολύ μικρές ποσότητες, αλλά απολύτως απαραίτητες για τον φυσιολογικό μεταβολισμό. Η έλλειψη βιταμινών οδηγεί στην ασθένεια της υπο- και της αβιταμίνωσης.

Επί του παρόντος, είναι γνωστές περισσότερες από 20 βιταμίνες. Πρόκειται για βιταμίνες της ομάδας Β, βιταμίνες Ε, Α, Κ, C, PP κ.λπ.

Ο βιολογικός ρόλος των βιταμινών έγκειται στο γεγονός ότι σε περίπτωση απουσίας ή έλλειψής τους, η εργασία ορισμένων ενζύμων διαταράσσεται, οι βιοχημικές αντιδράσεις και η φυσιολογική κυτταρική δραστηριότητα διαταράσσονται.

Βιοσύνθεση πρωτεϊνών. Γενετικός κώδικας.

Η βιοσύνθεση πρωτεϊνών, ή μάλλον πολυπεπτιδικών αλυσίδων, πραγματοποιείται σε ριβοσώματα, αλλά αυτό είναι μόνο το τελικό στάδιο μιας πολύπλοκης διαδικασίας.

Πληροφορίες σχετικά με τη δομή της πολυπεπτιδικής αλυσίδας περιέχονται στο DNA. Ένα τμήμα του DNA που μεταφέρει πληροφορίες για μια πολυπεπτιδική αλυσίδα είναι ένα γονίδιο. Όταν αυτό έγινε γνωστό, έγινε σαφές ότι η νουκλεοτιδική αλληλουχία του DNA πρέπει να καθορίζει την αλληλουχία αμινοξέων της πολυπεπτιδικής αλυσίδας. Αυτή η σχέση μεταξύ βάσεων και αμινοξέων είναι γνωστή ως γενετικός κώδικας. Όπως γνωρίζετε, το μόριο του DNA αποτελείται από τέσσερις τύπους νουκλεοτιδίων, τα οποία περιλαμβάνουν μία από τις τέσσερις βάσεις: αδενίνη (A), γουανίνη (G), θυμίνη (T), κυτοσίνη (C). Τα νουκλεοτίδια συνδέονται σε μια πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα. Με αυτό το αλφάβητο των τεσσάρων γραμμάτων, γράφονται οδηγίες για τη σύνθεση ενός δυνητικά άπειρου αριθμού μορίων πρωτεΐνης. Εάν μια βάση καθόριζε τη θέση ενός αμινοξέος, τότε η αλυσίδα θα περιέχει μόνο τέσσερα αμινοξέα. Εάν κάθε αμινοξύ κωδικοποιούνταν από δύο βάσεις, τότε 16 αμινοξέα θα μπορούσαν να κωδικοποιηθούν χρησιμοποιώντας έναν τέτοιο κώδικα. Μόνο ένας κωδικός που αποτελείται από τρίδυμα βάσης (κωδικός τριπλής) μπορεί να διασφαλίσει ότι και τα 20 αμινοξέα περιλαμβάνονται στην πολυπεπτιδική αλυσίδα. Αυτός ο κωδικός περιλαμβάνει 64 διαφορετικά τρίδυμα. Επί του παρόντος, ο γενετικός κώδικας είναι γνωστός και για τα 20 αμινοξέα.

Τα κύρια χαρακτηριστικά του γενετικού κώδικα μπορούν να διατυπωθούν ως εξής.

Ο κώδικας που καθορίζει τη συμπερίληψη ενός αμινοξέος σε μια πολυπεπτιδική αλυσίδα είναι μια τριάδα βάσεων στην πολυπεπτιδική αλυσίδα του DNA.

Ο κώδικας είναι καθολικός: οι ίδιες τριπλέτες κωδικοποιούν τα ίδια αμινοξέα σε διαφορετικούς μικροοργανισμούς.

Ο κώδικας είναι εκφυλισμένος: ένα δεδομένο αμινοξύ μπορεί να κωδικοποιηθεί από περισσότερες από μία τριπλέτες. Για παράδειγμα, το αμινοξύ λευκίνη κωδικοποιείται από τις τριπλέτες GAA, GAG, GAT, GAC.

Επικαλυπτόμενος κώδικας: για παράδειγμα, η αλληλουχία νουκλεοτιδίων AAACAATTA διαβάζεται μόνο ως AAA/CAA/TTA. Πρέπει να σημειωθεί ότι υπάρχουν τρίδυμα που δεν κωδικοποιούν ένα αμινοξύ. Η λειτουργία ορισμένων από αυτές τις τρίδυμες έχει καθιερωθεί. Αυτά είναι κωδικόνια έναρξης, κωδικόνια επαναφοράς κ.λπ. Οι λειτουργίες άλλων απαιτούν αποκωδικοποίηση.

Η βασική αλληλουχία σε ένα γονίδιο, το οποίο φέρει πληροφορίες για την πολυπεπτιδική αλυσίδα, «ξαναγράφεται στη συμπληρωματική βασική αλληλουχία του πληροφοριακού ή αγγελιαφόρου RNA. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται μεταγραφή Το μόριο I-RNA σχηματίζεται ως αποτέλεσμα ελεύθερων ριβονουκλεοτιδίων που συνδέονται μεταξύ τους υπό τη δράση της RNA πολυμεράσης σύμφωνα με τους κανόνες του ζεύγους βάσεων DNA και RNA (A-U, G-C, T-A, C-G). Τα συντιθέμενα μόρια I-RNA που φέρουν γενετικές πληροφορίες εγκαταλείπουν τον πυρήνα και πηγαίνουν στα ριβοσώματα. Εδώ λαμβάνει χώρα μια διαδικασία που ονομάζεται μετάφραση - η αλληλουχία τριπλών βάσεων στο μόριο I-RNA μεταφράζεται σε μια συγκεκριμένη αλληλουχία αμινοξέων στην πολυπεπτιδική αλυσίδα.

Πολλά ριβοσώματα συνδέονται στο άκρο του μορίου του DNA, σχηματίζοντας ένα πολυσωμάτιο. Ολόκληρη αυτή η δομή είναι μια σειρά από συνδεδεμένα ριβοσώματα. Ταυτόχρονα, σε ένα μόριο I-RNA, μπορεί να πραγματοποιηθεί η σύνθεση πολλών πολυπεπτιδικών αλυσίδων. Κάθε ριβόσωμα αποτελείται από δύο υπομονάδες, μια μικρή και μια μεγάλη. Το I-RNA Προσκολλάται στην επιφάνεια της μικρής υπομονάδας παρουσία ιόντων μαγνησίου. Σε αυτή την περίπτωση, τα δύο πρώτα μεταφρασμένα κωδικόνια του αποδεικνύεται ότι είναι στραμμένα προς τη μεγάλη υπομονάδα του ριβοσώματος. Το πρώτο κωδικόνιο δεσμεύει ένα μόριο t_RNA που περιέχει ένα συμπληρωματικό αντικωδικόνιο και φέρει το πρώτο αμινοξύ του συντιθέμενου πολυπεπτιδίου. Το δεύτερο αντικωδικόνιο συνδέει στη συνέχεια ένα σύμπλοκο αμινοξέος-tRNA που περιέχει ένα αντικωδικόνιο συμπληρωματικό σε αυτό το κωδικόνιο.

Η λειτουργία του ριβοσώματος είναι να συγκρατεί τους παράγοντες i-RNA, t-RNA και πρωτεΐνης που εμπλέκονται στη διαδικασία μετάφρασης στη σωστή θέση μέχρι να σχηματιστεί ένας πεπτιδικός δεσμός μεταξύ γειτονικών αμινοξέων.

Μόλις ένα νέο αμινοξύ ενωθεί στην αναπτυσσόμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα, το ριβόσωμα κινείται κατά μήκος του κλώνου mRNA προκειμένου να τοποθετήσει το επόμενο κωδικόνιο στη σωστή του θέση. Το μόριο t-RNA, το οποίο προηγουμένως συνδεόταν με την πολυπεπτιδική αλυσίδα, τώρα απελευθερωμένο από το αμινοξύ, φεύγει από το ριβόσωμα και επιστρέφει στην κύρια ουσία του κυτταροπλάσματος για να σχηματίσει ένα νέο σύμπλοκο αμινοξέος-t-RNA. Αυτή η διαδοχική «ανάγνωση» από το ριβόσωμα του «κειμένου» που περιέχεται στο mRNA συνεχίζεται έως ότου η διαδικασία φτάσει σε ένα από τα κωδικόνια λήξης. Τέτοια κωδικόνια είναι τρίδυμα UAA, UAG ή UGA. Σε αυτό το στάδιο, η πολυπεπτιδική αλυσίδα, η πρωταρχική δομή της οποίας κωδικοποιήθηκε στην περιοχή του DNA - το γονίδιο, φεύγει από το ριβόσωμα και ολοκληρώνεται η μετάφραση.

Αφού οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες διαχωριστούν από το ριβόσωμα, μπορούν να αποκτήσουν τη δική τους δευτερεύουσα, τριτοταγή ή τεταρτοταγή δομή.

Συμπερασματικά, θα πρέπει να σημειωθεί ότι η όλη διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης στο κύτταρο συμβαίνει με τη συμμετοχή ενζύμων. Παρέχουν τη σύνθεση του i-RNA, τη «σύλληψη» των αμινοξέων t-RNA, τη σύνδεση αμινοξέων σε μια πολυπεπτιδική αλυσίδα, το σχηματισμό μιας δευτεροταγούς, τριτοταγούς, τεταρτοταγούς δομής. Λόγω της συμμετοχής των ενζύμων, η πρωτεϊνοσύνθεση ονομάζεται βιοσύνθεση. Για να εξασφαλιστούν όλα τα στάδια της πρωτεϊνικής σύνθεσης, χρησιμοποιείται η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάσπαση του ATP.

Ρύθμιση μεταγραφής και μετάφρασης (πρωτεϊνοσύνθεση) σε βακτήρια και ανώτερους οργανισμούς.

Κάθε κύτταρο περιέχει ένα πλήρες σύνολο μορίων DNA. Με πληροφορίες για τη δομή όλων των πολυπεπτιδικών αλυσίδων που μπορούν να συντεθούν μόνο σε έναν δεδομένο οργανισμό. Ωστόσο, μόνο ένα μέρος αυτών των πληροφοριών πραγματοποιείται σε ένα συγκεκριμένο κελί.Πώς πραγματοποιείται η ρύθμιση αυτής της διαδικασίας;

Επί του παρόντος, έχουν αποσαφηνιστεί μόνο μεμονωμένοι μηχανισμοί πρωτεϊνικής σύνθεσης. Οι περισσότερες ενζυμικές πρωτεΐνες σχηματίζονται μόνο παρουσία ουσιών υποστρώματος στις οποίες δρουν. Η δομή της ενζυμικής πρωτεΐνης κωδικοποιείται στο αντίστοιχο γονίδιο (δομικό γονίδιο). Δίπλα στο δομικό γονίδιο υπάρχει ένα άλλο γονίδιο χειριστή. Επιπλέον, υπάρχει μια ειδική ουσία στο κύτταρο - ένας καταστολέας που μπορεί να αλληλεπιδράσει τόσο με το γονίδιο χειριστή όσο και με την ουσία υποστρώματος. Η σύνθεση του καταστολέα ρυθμίζεται από ένα γονίδιο ρυθμιστή.

Ενώνοντας το γονίδιο χειριστή, ο καταστολέας παρεμβαίνει στην κανονική λειτουργία του παρακείμενου δομικού γονιδίου. Ωστόσο, μετά τη δέσμευση σε ένα υπόστρωμα, ο καταστολέας χάνει την ικανότητά του να συνδέεται με το γονίδιο χειριστή και να αποτρέπει τη σύνθεση mRNA. Ο σχηματισμός των ίδιων των καταστολέων ελέγχεται από ειδικά ρυθμιστικά γονίδια, η λειτουργία των οποίων ελέγχεται από καταστολείς δεύτερης τάξης. Γι' αυτό όχι όλα, αλλά μόνο συγκεκριμένα κύτταρα αντιδρούν σε ένα δεδομένο υπόστρωμα συνθέτοντας το αντίστοιχο ένζυμο.

Ωστόσο, η ιεραρχία των μηχανισμών καταστολής δεν σταματά εκεί, υπάρχουν καταστολείς υψηλότερης τάξης, γεγονός που υποδηλώνει την εκπληκτική πολυπλοκότητα του γονιδίου στο κύτταρο που σχετίζεται με την εκτόξευση.

Η ανάγνωση του «κειμένου» που περιέχεται στο i-RNA σταματά όταν αυτή η διαδικασία φτάσει στο κωδικόνιο λήξης.

Αυτοτροφικοί (αυτοτροφικοί) και ετερότροφοι οργανισμοί.

Οι αυτότροφοι οργανισμοί συνθέτουν οργανικές ουσίες από ανόργανες ουσίες χρησιμοποιώντας την ενέργεια του Ήλιου ή την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τις χημικές αντιδράσεις. Τα πρώτα ονομάζονται ηλιοτρόφια, τα δεύτερα - χημειοτροφικά. Οι αυτότροφοι οργανισμοί περιλαμβάνουν φυτά και μερικά βακτήρια.

Στη φύση, υπάρχει επίσης ένας μικτός τύπος διατροφής, ο οποίος είναι χαρακτηριστικός ορισμένων βακτηρίων, φυκιών και πρωτόζωων. Τέτοιοι οργανισμοί μπορούν να συνθέσουν τις οργανικές ουσίες του σώματός τους από έτοιμες οργανικές ουσίες και από ανόργανες.

Ο όγκος των ουσιών στο κύτταρο.

Ο όγκος των ουσιών είναι μια διαδικασία συνεπούς κατανάλωσης, μετασχηματισμού, χρήσης, συσσώρευσης, απώλειας ουσιών και ενέργειας που επιτρέπει στο κύτταρο να αυτοσυντηρηθεί, να αναπτυχθεί, να αναπτυχθεί και να πολλαπλασιαστεί. Ο μεταβολισμός αποτελείται από συνεχείς διαδικασίες αφομοίωσης και αφομοίωσης.

Πλαστική ανταλλαγή στο κελί.

Ο πλαστικός μεταβολισμός σε ένα κύτταρο είναι ένα σύνολο αντιδράσεων αφομοίωσης, δηλαδή ο μετασχηματισμός ορισμένων ουσιών μέσα στο κύτταρο από τη στιγμή που εισέρχονται στον σχηματισμό των τελικών προϊόντων - πρωτεΐνες, γλυκόζη, λίπη κ.λπ. Κάθε ομάδα ζωντανών οργανισμών χαρακτηρίζεται από ένας ειδικός, γενετικά καθορισμένος τύπος πλαστικού μεταβολισμού.

Πλαστικός μεταβολισμός στα ζώα. Τα ζώα είναι ετερότροφοι οργανισμοί, δηλαδή τρέφονται με τρόφιμα που περιέχουν έτοιμες οργανικές ουσίες. Στην εντερική οδό ή στην εντερική κοιλότητα, διασπώνται: πρωτεΐνες σε αμινοξέα, υδατάνθρακες σε μονόζες, λίπη σε λιπαρά οξέα και γλυκερίνη. Τα προϊόντα διάσπασης διεισδύουν στην κυκλοφορία του αίματος και απευθείας στα κύτταρα του σώματος. Στην πρώτη περίπτωση, τα προϊόντα διάσπασης καταλήγουν και πάλι στα κύτταρα του σώματος. Στα κύτταρα συντίθενται ουσίες που είναι ήδη χαρακτηριστικές για ένα δεδομένο κύτταρο, δηλαδή σχηματίζεται ένα συγκεκριμένο σύνολο ουσιών. Από τις αντιδράσεις της πλαστικής ανταλλαγής, οι πιο απλές είναι οι αντιδράσεις που παρέχουν τη σύνθεση πρωτεϊνών. Η πρωτεϊνοσύνθεση λαμβάνει χώρα στα ριβοσώματα, σύμφωνα με πληροφορίες σχετικά με τη δομή της πρωτεΐνης που περιέχεται στο DNA, από αμινοξέα που εισέρχονται στο κύτταρο. Η σύνθεση δι-, πολυσακχαριτών προέρχεται από μονόζες στη συσκευή Golgi. Τα λίπη συντίθενται από τη γλυκερίνη και τα λιπαρά οξέα. Όλες οι αντιδράσεις σύνθεσης λαμβάνουν χώρα με τη συμμετοχή ενζύμων και απαιτούν τη δαπάνη ενέργειας· το ATP παρέχει ενέργεια για τις αντιδράσεις αφομοίωσης.

Ο πλαστικός μεταβολισμός στα φυτικά κύτταρα έχει πολλά κοινά με τον πλαστικό μεταβολισμό στα ζωικά κύτταρα, αλλά έχει μια ορισμένη ιδιαιτερότητα που σχετίζεται με τη μέθοδο διατροφής των φυτών. Τα φυτά είναι αυτότροφοι οργανισμοί. Τα φυτικά κύτταρα που περιέχουν χλωροπλάστες είναι σε θέση να συνθέσουν οργανικές ουσίες από απλές ανόργανες ενώσεις χρησιμοποιώντας φωτεινή ενέργεια. Αυτή η διαδικασία, γνωστή ως φωτοσύνθεση, επιτρέπει στα φυτά να παράγουν ένα μόριο γλυκόζης και έξι μόρια οξυγόνου χρησιμοποιώντας χλωροφύλλη από έξι μόρια διοξειδίου του άνθρακα και έξι μόρια νερού. Στο μέλλον, η μετατροπή της γλυκόζης ακολουθεί τη γνωστή σε εμάς διαδρομή.

Οι μεταβολίτες που προκύπτουν στα φυτά κατά τη διαδικασία του μεταβολισμού δημιουργούν τα συστατικά στοιχεία των πρωτεϊνών - αμινοξέα και λίπη - γλυκερίνη και λιπαρά οξέα. Η πρωτεϊνοσύνθεση στα φυτά συμβαίνει όπως τα ζώα στα ριβοσώματα και η σύνθεση λίπους στο κυτταρόπλασμα. Όλες οι αντιδράσεις του πλαστικού μεταβολισμού στα φυτά λαμβάνουν χώρα με τη συμμετοχή ενζύμων και ATP. Ως αποτέλεσμα του πλαστικού μεταβολισμού, σχηματίζονται ουσίες που εξασφαλίζουν την ανάπτυξη και ανάπτυξη του κυττάρου.

Ο μεταβολισμός της ενέργειας στο κύτταρο και η ουσία του.

Το σύνολο των αντιδράσεων αφομοίωσης που συνοδεύονται από την απελευθέρωση ενέργειας ονομάζεται ενεργειακός μεταβολισμός. Οι πιο ενεργειακές ουσίες είναι οι πρωτεΐνες, τα λίπη και οι υδατάνθρακες.

Ο ενεργειακός μεταβολισμός ξεκινά με το στάδιο της παραγωγής, όταν οι πρωτεΐνες διασπώνται σε αμινοξέα, τα λίπη σε γλυκερίνη και τα λιπαρά οξέα, οι πολυσακχαρίτες σε μονοσακχαρίτες. Η ενέργεια που παράγεται σε αυτό το στάδιο είναι αμελητέα και διαχέεται με τη μορφή θερμότητας. Από τις ουσίες που προκύπτουν, ο κύριος προμηθευτής ενέργειας είναι η γλυκόζη. Η διάσπαση της γλυκόζης στο κύτταρο, με αποτέλεσμα τη σύνθεση του ΑΤΡ, συμβαίνει σε δύο στάδια. Όλα ξεκινούν με τη διάσπαση χωρίς οξυγόνο - τη γλυκόλυση. Το δεύτερο στάδιο ονομάζεται διάσπαση οξυγόνου.

Γλυκόλυση είναι το όνομα που δίνεται στην αλληλουχία των αντιδράσεων κατά τις οποίες ένα μόριο γλυκόζης διασπάται σε δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος. Αυτές οι αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα στη βασική ουσία του κυτταροπλάσματος και δεν απαιτούν την παρουσία οξυγόνου. Η διαδικασία πραγματοποιείται σε δύο στάδια. Στο πρώτο στάδιο, η γλυκόζη μετατρέπεται σε φρουκτόζη -1,6,-διφωσφορική και στο δεύτερο στάδιο, η τελευταία χωρίζεται σε δύο σάκχαρα τριών άνθρακα, τα οποία αργότερα μετατρέπονται σε πυροσταφυλικό οξύ. Ταυτόχρονα, δύο μόρια ATP καταναλώνονται στο πρώτο στάδιο σε αντιδράσεις φωσφορυλίωσης. Έτσι, η καθαρή απόδοση του ATP κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης είναι δύο μόρια ATP. Επιπλέον, τέσσερα άτομα υδρογόνου απελευθερώνονται κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης .. Η συνολική αντίδραση της γλυκόλυσης μπορεί να γραφτεί ως εξής:

CHO 2CHO + 4H + 2 ATP

Αργότερα, παρουσία οξυγόνου, το πυροσταφυλικό οξύ περνά στα μιτοχόνδρια για πλήρη οξείδωση σε CO και νερό (αερόβια αναπνοή). Αν δεν υπάρχει οξυγόνο, τότε μετατρέπεται είτε σε αιθανόλη είτε σε γαλακτικό οξύ (αναερόβια αναπνοή).

Η διάσπαση του οξυγόνου (αερόβια αναπνοή) συμβαίνει στα μιτοχόνδρια, όπου, υπό τη δράση ενζύμων, το πυροσταφυλικό οξύ αντιδρά με το νερό και αποσυντίθεται πλήρως για να σχηματίσει άτομα διοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου. Το διοξείδιο του άνθρακα αφαιρείται από το κύτταρο. Τα άτομα υδρογόνου εισέρχονται στη μιτοχονδριακή μεμβράνη, όπου οξειδώνονται ως αποτέλεσμα της ενζυματικής διαδικασίας. Τα ηλεκτρόνια και τα κατιόντα υδρογόνου μεταφέρονται σε αντίθετες πλευρές της μεμβράνης με τη βοήθεια μορίων φορέα: ηλεκτρόνια προς τα μέσα, πρωτόνια προς τα έξω. Τα ηλεκτρόνια συνδυάζονται με το οξυγόνο. Ως αποτέλεσμα αυτών των αναδιατάξεων, η μεμβράνη φορτίζεται θετικά από το εξωτερικό και αρνητικά από το εσωτερικό. Όταν επιτευχθεί ένα κρίσιμο επίπεδο διαφοράς δυναμικού σε όλη τη μεμβράνη, τα θετικά φορτισμένα σωματίδια ωθούνται μέσω ενός καναλιού στο μόριο του ενζύμου που είναι ενσωματωμένο στη μεμβράνη στην εσωτερική πλευρά της μεμβράνης, όπου συνδυάζονται με οξυγόνο για να σχηματίσουν νερό.

Η διαδικασία της αναπνοής οξυγόνου μπορεί να αναπαρασταθεί ως το ακόλουθο επίπεδο:

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

Και η συνολική εξίσωση της γλυκόλυσης και της διαδικασίας οξυγόνου μοιάζει με αυτό:

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

Έτσι, η διάσπαση ενός μορίου γλυκόζης στο κύτταρο σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό εξασφαλίζει τη σύνθεση 38 μορίων ATP.

Αυτό σημαίνει ότι κατά τη διαδικασία του ενεργειακού μεταβολισμού, σχηματίζεται το ATP - η καθολική πηγή ενέργειας στο κύτταρο.

Χημειοσύνθεση.

Κάθε οργανισμός χρειάζεται μια συνεχή παροχή ενέργειας για να διατηρήσει τη ζωή και να πραγματοποιήσει τις διαδικασίες που συνθέτουν το μεταβολισμό.

Η διαδικασία σχηματισμού από ορισμένους μικροοργανισμούς οργανικών ουσιών από διοξείδιο του άνθρακα λόγω της ενέργειας που λαμβάνεται από την οξείδωση ανόργανων ενώσεων (αμμωνία, υδρογόνο, θειούχες ενώσεις, σίδηρος σίδηρος) ονομάζεται χημειοσύνθεση.

Ανάλογα με τις ορυκτές ενώσεις, ως αποτέλεσμα της οξείδωσης των οποίων οι μικροοργανισμοί, και αυτά είναι κυρίως βακτήρια, μπορούν να λάβουν ενέργεια, τα χημειοαυτοτροφικά διακρίνονται σε νιτροποιητικά, υδρογόνο, βακτήρια θείου και βακτήρια σιδήρου.

Τα νιτροφυτικά βακτήρια οξειδώνουν την αμμωνία σε νιτρικό οξύ. Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε δύο φάσεις. Πρώτον, η αμμωνία οξειδώνεται σε νιτρικό οξύ:

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

Το νιτρώδες οξύ στη συνέχεια μετατρέπεται σε νιτρικό οξύ:

2HNO + O = 2HNO + 158 kJ.

Συνολικά απελευθερώνονται 818 kJ, τα οποία χρησιμοποιούνται για την αξιοποίηση του διοξειδίου του άνθρακα.

Στα βακτήρια σιδήρου, η οξείδωση του σιδηρούχου σιδήρου συμβαίνει σύμφωνα με την εξίσωση

Δεδομένου ότι η αντίδραση συνοδεύεται από χαμηλή ενεργειακή απόδοση (46,2*10 J/g οξειδωμένου σιδήρου), τα βακτήρια πρέπει να οξειδώσουν μεγάλη ποσότητα σιδήρου για να διατηρήσουν την ανάπτυξη.

Κατά την οξείδωση ενός μορίου υδρόθειου, απελευθερώνονται 17,2 * 10 J, ένα μόριο θείου - 49,8 * 10 J. και ένα μόριο - 88,6 * 10 J.

Η διαδικασία της χημειοσύνθεσης ανακαλύφθηκε το 1887 από τον S.N. Βινόγκραντσκι. Αυτή η ανακάλυψη όχι μόνο έριξε φως στις ιδιαιτερότητες του μεταβολισμού στα βακτήρια, αλλά κατέστησε επίσης δυνατό τον προσδιορισμό της σημασίας των βακτηρίων - χημειοαυτοτροφών. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τα βακτήρια που δεσμεύουν το άζωτο, τα οποία μετατρέπουν το άζωτο που είναι απρόσιτο στα φυτά σε αμμωνία, αυξάνοντας έτσι τη γονιμότητα του εδάφους. Η διαδικασία συμμετοχής των βακτηρίων στον κύκλο των ουσιών στη φύση έχει επίσης γίνει σαφής.

αναπαραγωγή των οργανισμών.

Μορφές αναπαραγωγής οργανισμών.

Η ικανότητα αναπαραγωγής, δηλ. παράγουν μια νέα γενιά του ίδιου είδους, ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά των ζωντανών οργανισμών.

Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι αναπαραγωγής - η ασεξουαλική και η σεξουαλική.

Αφυλική αναπαραγωγή.

Στην ασεξουαλική αναπαραγωγή, οι απόγονοι προέρχονται από έναν μόνο οργανισμό. Οι ίδιοι απόγονοι από τον ίδιο γονέα ονομάζονται κλώνος. Τα μέλη του ίδιου κλώνου μπορεί να είναι γενετικά διαφορετικά μόνο εάν συμβούν τυχαίες μεταλλάξεις. Η ασεξουαλική αναπαραγωγή δεν συμβαίνει μόνο σε ανώτερα ζώα. Ωστόσο, είναι γνωστό ότι η κλωνοποίηση έχει πραγματοποιηθεί με επιτυχία για ορισμένα είδη και ανώτερα ζώα - βατράχια, πρόβατα, αγελάδες.

Στην επιστημονική βιβλιογραφία διακρίνονται διάφορες μορφές ασεξουαλικής αναπαραγωγής.

Διαίρεση. Οι μονοκύτταροι οργανισμοί αναπαράγονται με διαίρεση: κάθε άτομο χωρίζεται σε δύο ή περισσότερα θυγατρικά κύτταρα, πανομοιότυπα με το γονικό κύτταρο. Έτσι βακτήρια, αμοιβάδα, ευγλένα, χλαμυδομόνα κ.λπ.

Σχηματισμός διαφορών. Τα σπόρια είναι μια μονοκύτταρη αναπαραγωγική δομή. Ο σχηματισμός σπορίων είναι χαρακτηριστικός όλων των φυτών και των μυκήτων.

Εκκολαπτόμενος. Η εκβλάστηση είναι μια μορφή ασεξουαλικής αναπαραγωγής κατά την οποία ένα νέο άτομο σχηματίζεται ως αποτέλεσμα στο σώμα του γονικού ατόμου, και στη συνέχεια διαχωρίζεται από το μη και μετατρέπεται σε ανεξάρτητο οργανισμό. Η εκβλάστηση εμφανίζεται σε συνεντερικά και σε ζυμομύκητες.

Αναπαραγωγή με θραύσματα. Ο κατακερματισμός είναι η διαίρεση ενός ατόμου σε πολλά μέρη, τα οποία μεγαλώνουν και σχηματίζουν ένα νέο άτομο. Έτσι αναπαράγονται τα σπιρόγυρα, οι λειχήνες και ορισμένα είδη σκουληκιών.

βλαστική αναπαραγωγή. Αυτή είναι μια μορφή ασεξουαλικής αναπαραγωγής στην οποία ένα σχετικά μεγάλο, συνήθως διαφοροποιημένο τμήμα διαχωρίζεται από το φυτό και εξελίσσεται σε ένα ανεξάρτητο φυτό. Πρόκειται για πολλαπλασιασμό με βολβούς, κόνδυλους, ριζώματα κ.λπ. Ο αγενής πολλαπλασιασμός περιγράφεται αναλυτικά στην ενότητα Βοτανική. (Βοτανική. Ένας οδηγός για τους αιτούντες στα πανεπιστήμια. Συντάχθηκε από τον M. A. Galkin).

Σεξουαλική αναπαραγωγή.

Κατά τη σεξουαλική αναπαραγωγή, ο απόγονος αποκτάται ως αποτέλεσμα της σεξουαλικής αναπαραγωγής - η σύντηξη του γενετικού υλικού των απλοειδών πυρήνων. Οι πυρήνες βρίσκονται σε εξειδικευμένα σεξουαλικά κύτταρα - γαμέτες. Οι γαμέτες είναι απλοειδείς - περιέχουν ένα σύνολο χρωμοσωμάτων που λαμβάνονται ως αποτέλεσμα της μείωσης. χρησιμεύουν ως σύνδεσμος μεταξύ αυτής της γενιάς και της επόμενης. Οι γαμέτες μπορεί να είναι ίδιοι σε μέγεθος και σχήμα, με ή χωρίς μαστίγια, αλλά πιο συχνά οι αρσενικοί γαμέτες διαφέρουν από τους θηλυκούς. Οι θηλυκοί γαμέτες - τα αυγά είναι συνήθως μεγαλύτερα από τα αρσενικά, έχουν στρογγυλεμένο σχήμα και συνήθως δεν έχουν κινητικά όργανα. Στα αυγά διακρίνονται επίσης σαφώς στοιχεία του πρωτοπλάστη, καθώς και ο πυρήνας. Η κύρια ουσία του κυτταροπλάσματος συσσωρεύει μεγάλη ποσότητα θρεπτικών συστατικών. Οι αρσενικοί γαμέτες έχουν πολύ απλοποιημένη δομή. Είναι κινητά, δηλ. έχουν μαστίγια. Αυτά είναι σπερματοζωάρια. Υπάρχουν επίσης σπέρματα χωρίς μαστίγια.

Η σεξουαλική αναπαραγωγή έχει μεγάλη βιολογική σημασία. Κατά τη διάρκεια της μείωσης, όταν σχηματίζονται γαμέτες, ως αποτέλεσμα της τυχαίας απόκλισης των χρωμοσωμάτων και της ανταλλαγής γενετικού υλικού μεταξύ ομόλογων χρωμοσωμάτων, προκύπτουν νέοι συνδυασμοί γονιδίων που εμπίπτουν σε έναν γαμετή, γεγονός που αυξάνει τη γενετική ποικιλότητα.

Κατά τη γονιμοποίηση, οι γαμέτες συγχωνεύονται, σχηματίζοντας έναν διπλοειδή ζυγώτη - ένα κύτταρο που περιέχει ένα σύνολο χρωμοσωμάτων από κάθε γαμίτη. Αυτή η σύνδεση δύο ομάδων χρωμοσωμάτων είναι η γενετική βάση της ενδοειδικής μεταβλητότητας.

Παρθενογένεση.

Μία από τις μορφές σεξουαλικής αναπαραγωγής είναι η παρθενογένεση - στην οποία η ανάπτυξη του εμβρύου γίνεται από ένα μη γονιμοποιημένο ωάριο. Η παρθενογένεση είναι κοινή μεταξύ των εντόμων (αφίδες, μέλισσες), διάφορα rotifers, πρωτόζωα, κατ' εξαίρεση, εμφανίζεται σε ορισμένες σαύρες.

Υπάρχουν δύο τύποι παρθενογένεσης - απλοειδής και διπλοειδής. Στα μυρμήγκια, ως αποτέλεσμα της απλοειδούς παρθενογένεσης μέσα στην κοινότητα, προκύπτουν διάφορες κάστες οργανισμών - στρατιώτες, καθαριστές κ.λπ. Στις μέλισσες, οι κηφήνες εμφανίζονται από ένα μη γονιμοποιημένο ωάριο, στο οποίο σχηματίζονται σπερματοζωάρια με μίτωση. Οι αφίδες υφίστανται διπλοειδή παρθενογένεση. Σε αυτά, κατά την περίοδο σχηματισμού κυττάρων σε ανάφαση, τα ομόλογα χρωμοσώματα δεν αποκλίνουν - και το ίδιο το ωάριο αποδεικνύεται διπλοειδές με τρία "στείρα" πολικά σώματα. Στα φυτά, η παρθενογένεση είναι ένα μάλλον τυπικό φαινόμενο. Εδώ λέγεται απομίξις. Ως αποτέλεσμα της «διέγερσης» στο ωάριο, συμβαίνει διπλασιασμός των χρωμοσωμάτων. Ένα φυσιολογικό έμβρυο αναπτύσσεται από διπλοειδές κύτταρο.

Συστηματική των φυτών.

Η συστηματική μελετά την ποικιλότητα των φυτών. Αντικείμενο μελέτης της συστηματικής είναι οι συστηματικές κατηγορίες. Οι κύριες συστηματικές κατηγορίες είναι: είδος, γένος, οικογένεια, τάξη, διαμέρισμα, βασίλειο.

Ένα είδος είναι ένα σύνολο πληθυσμών ατόμων ικανών να διασταυρώνονται υπό φυσικές συνθήκες και να σχηματίζουν γόνιμους απογόνους. Ένα γένος είναι μια συλλογή από στενά συγγενικά είδη. Μια οικογένεια είναι μια συλλογή από στενά συγγενικά γένη. Η τάξη ενώνει στενά συνδεδεμένες οικογένειες, το τμήμα - στενά συνδεδεμένες τάξεις. Σε αυτή την περίπτωση, τα φυτά λειτουργούν ως βασίλειο.

Τα επιστημονικά ονόματα όλων των συστηματικών κατηγοριών δίνονται στα λατινικά. Τα ονόματα των συστηματικών κατηγοριών πάνω από το είδος αποτελούνται από μία λέξη. Από το 1753, χάρη στον C. Linnaeus, υιοθετήθηκαν δυαδικά ονόματα για τα είδη. Η πρώτη λέξη υποδηλώνει το είδος, η δεύτερη είναι το επίθετο του είδους. Τα ονόματα των συστηματικών κατηγοριών στα ρωσικά σπάνια μεταφράζονται από τα λατινικά, πιο συχνά αυτά είναι πρωτότυπα ονόματα που γεννήθηκαν μεταξύ των ανθρώπων.

Ο σχηματισμός γεννητικών κυττάρων στον άνθρωπο. Η δομή των ανθρώπινων γεννητικών κυττάρων. Γονιμοποίηση στον άνθρωπο. Η βιολογική σημασία της γονιμοποίησης.

Τα σπερματοζωάρια - τα ανδρικά φυλετικά κύτταρα σχηματίζονται ως αποτέλεσμα μιας σειράς διαδοχικών κυτταρικών διαιρέσεων - σπερματογένεσης, που ακολουθείται από μια πολύπλοκη διαδικασία διαφοροποίησης που ονομάζεται σπερμογένεση.

Πρώτον, η κυτταρική διαίρεση του εμβρυϊκού επιθηλίου, το οποίο βρίσκεται στους σπερματοφόρους σωληνίσκους, προκαλεί σπερματογονία, η οποία αυξάνεται σε μέγεθος και γίνεται σπερματοκύτταρα πρώτης τάξης. Ως αποτέλεσμα της πρώτης διαίρεσης της μείωσης, σχηματίζουν διπλοειδή σπερματοκύτταρα δεύτερης τάξης· μετά τη δεύτερη διαίρεση της μείωσης, δημιουργούν σπερματοζωάρια. Ένα ενήλικο σπερματοζωάριο αποτελείται από ένα κεφάλι, ένα ενδιάμεσο τμήμα και ένα μαστίγιο (ουρά). Η κεφαλή αποτελείται από ένα ακροσωμάτιο και έναν πυρήνα που περιβάλλεται από μια μεμβράνη. Ο λαιμός έχει κεντρόλιο. Τα μιτοχόνδρια βρίσκονται στο ενδιάμεσο τμήμα.

Ο σχηματισμός αυγού στον άνθρωπο - η ωογένεση προχωρά σε διάφορα στάδια. Στο πρώτο στάδιο, ως αποτέλεσμα της μετωτικής διαίρεσης, σχηματίζονται ωογονίες από τα κύτταρα του υποτυπώδους επιθηλίου. Τα ωογονίδια διαιρούνται ανάλογα με τον τύπο της μίτωσης και δημιουργούν ωοκύτταρα πρώτης τάξης. Τα ωοκύτταρα και τα πολικά σώματα σχηματίζονται από ωοκύτταρα πρώτης τάξης ως αποτέλεσμα της μιτωτικής διαίρεσης.

Η γονιμοποίηση στον άνθρωπο είναι εσωτερική. Ως αποτέλεσμα της διείσδυσης του σπέρματος στο ωάριο, οι πυρήνες των γεννητικών κυττάρων συγχωνεύονται. Σχηματίζεται ζυγώτης.

Ως αποτέλεσμα της γονιμοποίησης, αποκαθίσταται το διπλοειδές σύνολο χρωμοσωμάτων, σχηματίζεται ένας νέος οργανισμός που φέρει τα σημάδια της μητέρας και του πατέρα. Κατά τον σχηματισμό των γεννητικών κυττάρων, συμβαίνει ανασυνδυασμός γονιδίων, έτσι ο νέος οργανισμός συνδυάζει τα καλύτερα χαρακτηριστικά των γονέων.

Ατομική ανάπτυξη του οργανισμού - οντογένεση.

Η οντογένεση είναι η περίοδος ανάπτυξης του οργανισμού από την πρώτη διαίρεση του ζυγώτη έως τον φυσικό θάνατο.

Η ανάπτυξη του εμβρύου (στο παράδειγμα των ζώων).

Ανεξάρτητα από το πού συμβαίνει η ανάπτυξη του εμβρύου, η αρχή της ανάπτυξής του συνδέεται με την πρώτη μιτωτική διαίρεση. Μετά την πυρηνική διαίρεση, η κυτταροκίνηση οδηγεί στο σχηματισμό δύο διπλοειδών θυγατρικών κυττάρων, τα οποία ονομάζονται βλαστομερή. Τα βλαστομερή συνεχίζουν να διαιρούνται ανάλογα με τον τύπο της μίτωσης, με τη διαμήκη διαίρεση να εναλλάσσεται με την εγκάρσια διαίρεση. Η διαίρεση του βλαστομερούς ονομάζεται σύνθλιψη, επειδή κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας δεν εμφανίζεται κυτταρική ανάπτυξη και το προκύπτον κομμάτι κυττάρων - το μορίδιο είναι ίσο σε όγκο με δύο κύρια βλαστομερή. Η περαιτέρω ανάπτυξη του εμβρύου συνδέεται με το σχηματισμό της βλάστησης. Σε αυτή την περίπτωση, τα βλαστομερή σχηματίζουν ένα τοίχωμα μονής στρώσης γύρω από την κεντρική κοιλότητα γεμάτο με υγρό. Τα κύτταρα του τοιχώματος της βλαστούλας σε μια από τις περιοχές αρχίζουν να διαιρούνται και να σχηματίζουν μια εσωτερική κυτταρική μάζα. Στη συνέχεια, το εσωτερικό στρώμα του τοιχώματος σχηματίζεται από αυτήν την κυτταρική μάζα, έτσι το εξώδερμα διαχωρίζεται - το εξωτερικό στρώμα και το ενδόδερμα - το εσωτερικό στρώμα των κυττάρων. Αυτό το στάδιο ανάπτυξης δύο στρωμάτων ονομάζεται γαστρούλα. Σε μεταγενέστερο στάδιο ανάπτυξης του εμβρύου, σχηματίζεται το μεσόδερμα - το τρίτο βλαστικό στρώμα. Το εξώδερμα, το ενδόδερμα και το μεσόδερμα δημιουργούν όλους τους ιστούς του αναπτυσσόμενου εμβρύου. Τα εκτοδερμικά κύτταρα δημιουργούν το πρώτο έλασμα, την πρώτη κορυφογραμμή και τον εξοβλαστή. Κατά μήκος της άκρης της πρώτης πλάκας, εμφανίζονται πτυχές που κατευθύνονται προς τα πάνω και στο κεντρικό τμήμα υπάρχει μια νευρική αυλάκωση, η οποία βαθαίνει και μετατρέπεται σε νευρικό σωλήνα - το βασικό στοιχείο του κεντρικού νευρικού συστήματος. Από το πρόσθιο τμήμα του νευρικού σωλήνα σχηματίζεται ο εγκέφαλος και τα βασικά στοιχεία των ματιών. Στο πρόσθιο τμήμα του εμβρύου, τα βασικά στοιχεία των οργάνων της ακοής και της όσφρησης σχηματίζονται από τον εκτοβλάστη. Η επιβλάστη δημιουργεί την επιδερμίδα, τα μαλλιά, τα φτερά και τα λέπια. Η νευρική ακρολοφία μετατρέπεται στα βασικά στοιχεία της νευρικής ουσίας της σπονδυλικής στήλης, των σιαγόνων. Από το εξώδερμα, το πρωτογενές έντερο, το εσωτερικό επιθήλιο, τα βασικά στοιχεία των αδένων κ.λπ. Το μεσόδερμα δημιουργεί τη νωτιαία χορδή, τους σωμίτες, το μεζεχύμα και τα νεφροτώματα. Από τους σωμίτες αναπτύσσονται τα βασικά στοιχεία του χόριου, οι μύες των τοιχωμάτων του σώματος, οι σπόνδυλοι και οι σκελετικοί μύες. Από το μεσέγχυμα, τα βασικά στοιχεία της καρδιάς, τους λείους μύες, τα αιμοφόρα αγγεία και το ίδιο το αίμα. Τα νεφροτώματα δημιουργούν τη μήτρα, τον φλοιό των επινεφριδίων, τους ουρητήρες κ.λπ.

Κατά την ανάπτυξη των παραγώγων βλαστικών στιβάδων, η εμφάνιση του εμβρύου αλλάζει. Αποκτά ένα συγκεκριμένο σχήμα, φτάνει σε ένα συγκεκριμένο μέγεθος. Η ανάπτυξη του εμβρύου τελειώνει με την εκκόλαψη από το αυγό ή τη γέννηση ενός μωρού.

Μεταεμβρυϊκή ανάπτυξη.

Από τη στιγμή που το έμβρυο εκκολάπτεται από το αυγό ή τη γέννηση του μωρού, αρχίζει η μεταεμβρυϊκή ανάπτυξη. Μπορεί να είναι άμεση, όταν ο γεννημένος οργανισμός είναι παρόμοιος στη δομή με έναν ενήλικα, και έμμεση, όταν η εμβρυϊκή ανάπτυξη οδηγεί στην ανάπτυξη μιας προνύμφης, η οποία έχει μορφολογικές, ανατομικές και φυσιολογικές διαφορές από έναν ενήλικα. Η άμεση ανάπτυξη είναι χαρακτηριστική των περισσότερων σπονδυλωτών, στα οποία περιλαμβάνονται τα ερπετά, τα πουλιά και τα θηλαστικά. Η μετεμβρυονική ανάπτυξη αυτών των οργανισμών συνδέεται με απλή ανάπτυξη, η οποία ήδη οδηγεί σε ποιοτικές αλλαγές – ανάπτυξη.

Στα ζώα με έμμεση ανάπτυξη περιλαμβάνονται τα ομογενή, τα αυχένα, οι ταινίες, τα καρκινοειδή, τα έντομα, τα μαλάκια, τα εχινόδερμα, τα χιτωνοφόρα, τα αμφίβια.

Η έμμεση ανάπτυξη ονομάζεται επίσης ανάπτυξη με μεταμόρφωση. Ο όρος «μεταμόρφωση» αναφέρεται στις γρήγορες αλλαγές που συμβαίνουν από το στάδιο της προνύμφης στην ενήλικη μορφή. Οι προνύμφες συνήθως χρησιμεύουν ως στάδιο διασποράς, δηλαδή εξασφαλίζουν την εξάπλωση του είδους.

Οι προνύμφες διαφέρουν από τις ενήλικες ως προς τον βιότοπό τους, τη βιολογία τους, τον τρόπο κίνησης και τα χαρακτηριστικά συμπεριφοράς. Λόγω αυτού, το είδος μπορεί να χρησιμοποιήσει τις ευκαιρίες που παρουσιάζουν δύο οικολογικοί τύποι κατά την οντογένεση, γεγονός που αυξάνει τις πιθανότητες επιβίωσής του. Πολλά είδη, όπως οι λιβελλούλες, τρέφονται και αναπτύσσονται μόνο στο στάδιο της προνύμφης. Οι προνύμφες παίζουν το ρόλο ενός είδους μεταβατικού σταδίου, κατά το οποίο το είδος μπορεί να προσαρμοστεί στις νέες συνθήκες διαβίωσης. Επιπλέον, οι προνύμφες μερικές φορές έχουν φυσιολογική αντοχή, λόγω της οποίας λειτουργούν ως στάδιο ανάπαυσης κάτω από δυσμενείς συνθήκες. Για παράδειγμα, το σκαθάρι του Μαΐου διαχειμάζει στο έδαφος με τη μορφή προνύμφης. Αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις, στα έντομα, αυτό συμβαίνει σε άλλο στάδιο της μεταμόρφωσης - στο στάδιο της νύμφης.

Τέλος, τα στάδια της προνύμφης μερικές φορές έχουν το πλεονέκτημα ότι είναι δυνατή η αύξηση του αριθμού των προνυμφών σε αυτά τα στάδια. Όπως συμβαίνει σε ορισμένα επίπεδα σκουλήκια.

Πρέπει να σημειωθεί ότι σε πολλές περιπτώσεις οι προνύμφες φτάνουν σε πολύ υψηλή οργάνωση, όπως οι προνύμφες των εντόμων, στις οποίες μόνο τα αναπαραγωγικά όργανα παραμένουν υπανάπτυκτα.

Έτσι, οι δομικές και λειτουργικές αλλαγές που συμβαίνουν κατά τη μεταμόρφωση προετοιμάζουν έναν οργανισμό για ενήλικη ζωή σε ένα νέο βιότοπο.

Το βιολογικό ρολόι. Αυτορρύθμιση. Η επίδραση διαφόρων παραγόντων στην ανάπτυξη του οργανισμού. Προσαρμογή του σώματος στις μεταβαλλόμενες συνθήκες, Αναβίωση.

Σε όλα τα στάδια ανάπτυξης - το στάδιο του εμβρύου, το στάδιο της μεταεμβρυϊκής ανάπτυξης, το σώμα επηρεάζεται από περιβαλλοντικούς παράγοντες - θερμοκρασία, υγρασία, φως, πόροι τροφίμων κ.λπ.

Το σώμα είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο στην επίδραση περιβαλλοντικών παραγόντων στο στάδιο του εμβρύου και στο στάδιο της μεταεμβρυϊκής ανάπτυξης. Στο εμβρυϊκό στάδιο, όταν ο οργανισμός αναπτύσσεται στο σώμα της μητέρας και συνδέεται μαζί της μέσω του κυκλοφορικού συστήματος, η συμπεριφορά της μητέρας είναι καθοριστική για τη φυσιολογική ανάπτυξή του. Η μητέρα καπνίζει, «καπνίζει» και το έμβρυο. Η μητέρα πίνει αλκοόλ, «πίνει αλκοόλ» και το έμβρυο. Το έμβρυο είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο στην επιρροή σε 1-3 μήνες της ανάπτυξής του. Ένας φυσιολογικός τρόπος ζωής στη μεταεμβρυϊκή ανάπτυξη επιτρέπει στον οργανισμό να υπάρχει κανονικά μέχρι τον φυσικό θάνατο. Ένας οργανισμός είναι γονότυπος προσαρμοσμένος να υπάρχει σε ένα ορισμένο εύρος θερμοκρασιών, υγρασίας, αλατότητας και φωτισμού. Χρειάζεται μια συγκεκριμένη δίαιτα.

Ο θαλάσσιος θαλάσσιος ουρανοξύστης, η πεζοπορία στην Ανταρκτική, οι διαστημικές πτήσεις, η πείνα, η λαιμαργία σίγουρα θα οδηγήσουν στην ανάπτυξη μιας σειράς ασθενειών.

Ο υγιεινός τρόπος ζωής είναι το κλειδί για τη μακροζωία.

Όλα τα βιολογικά συστήματα χαρακτηρίζονται από μεγαλύτερη ή μικρότερη ικανότητα αυτορρύθμισης. Αυτορρύθμιση - η κατάσταση της δυναμικής σταθερότητας του φυσικού συστήματος στοχεύει στον μέγιστο περιορισμό των επιπτώσεων του εξωτερικού και εσωτερικού περιβάλλοντος, διατηρώντας τη σχετική σταθερότητα της δομής και των λειτουργιών του σώματος.

Επιπλέον, η επίδραση διαφόρων παραγόντων στο σώμα εξομαλύνεται ως αποτέλεσμα του σχηματισμού ενός πολύπλοκου συστήματος φυσιολογικών αντιδράσεων στους οργανισμούς σε προσωρινές - εποχιακές και, ειδικότερα, βραχυπρόθεσμες - καθημερινές αλλαγές στους περιβαλλοντικούς παράγοντες, οι οποίοι είναι εμφανίζεται στο βιολογικό ρολόι. Ένα παράδειγμα είναι η σαφής διατήρηση της ανθοφορίας στα φυτά σε συγκεκριμένες ώρες της ημέρας.

Ένας ειδικός τύπος προσαρμογής του σώματος στις μεταβαλλόμενες συνθήκες είναι η αναβίωση - μια προσωρινή κατάσταση του σώματος, στην οποία οι διαδικασίες της ζωής είναι τόσο αργές που όλες οι ορατές εκδηλώσεις της ζωής πρακτικά απουσιάζουν. Η ικανότητα πτώσης σε αναβίωση συμβάλλει στην επιβίωση των οργανισμών σε έντονα δυσμενείς συνθήκες. Η αναβίωση είναι κοινή σε μύκητες, μικροοργανισμούς, φυτά και ζώα. Όταν συμβαίνουν ευνοϊκές συνθήκες, οι οργανισμοί που έχουν πέσει σε αναβίωση επιστρέφουν στην ενεργό ζωή. Ας θυμηθούμε αποξηραμένα rotifers, κύστεις, σπόρια κ.λπ.

Όλες οι προσαρμογές των οργανισμών στις μεταβαλλόμενες συνθήκες είναι προϊόν φυσικής επιλογής. Η φυσική επιλογή καθόρισε επίσης το εύρος της δράσης των περιβαλλοντικών παραγόντων, που επιτρέπει στον οργανισμό να υπάρχει κανονικά.

Η εξελικτική διαδικασία και οι κανονικότητές της.

Προϋποθέσεις για την εμφάνιση της εξελικτικής θεωρίας του Χ. Δαρβίνου.

Της εμφάνισης της εξελικτικής θεωρίας του Χ. Δαρβίνου, που σκιαγραφήθηκε από τον ίδιο στο βιβλίο «Η καταγωγή των ειδών», είχε προηγηθεί μια μακρά εξέλιξη της βιολογίας, των λειτουργικών και εφαρμοσμένων κλάδων της. Πολύ πριν από τον Κάρολο Δαρβίνο, έγιναν προσπάθειες να εξηγηθεί η φαινομενική ποικιλομορφία των οργανισμών.Διατυπώθηκαν διάφορες εξελικτικές υποθέσεις που θα μπορούσαν να εξηγήσουν τις ομοιότητες μεταξύ των ζωικών οργανισμών. Εδώ θα πρέπει να αναφέρουμε τον Αριστοτέλη, ο οποίος τον 4ο αιώνα π.Χ. μι. Διατύπωσε τη θεωρία της συνεχούς και σταδιακής ανάπτυξης των έμβιων όντων από άψυχη ύλη, δημιούργησε μια ιδέα για τη σκάλα της φύσης. Στα τέλη του 18ου αιώνα, ο John Ray δημιούργησε την έννοια του είδους. Και το 1771-78. Ο K. Linnaeus έχει ήδη προτείνει ένα σύστημα φυτικών ειδών. Η βιολογία οφείλει την περαιτέρω ανάπτυξή της σε αυτόν τον επιστήμονα.

Έργα του Κ. Λινναίου.

Την περίοδο της ακμής του Κ. Λινναίου, που περιέρχεται στα μέσα του 18ου αιώνα, στη βιολογία κυριαρχούσε μια μεταφυσική αντίληψη της φύσης, βασισμένη στο αμετάβλητο και στην αρχέγονη σκοπιμότητα.

Ο C. Linnaeus είχε τεράστιες συλλογές φυτών στο χέρι και άρχισε να τις συστηματοποιεί. Με βάση τις διδασκαλίες του D. Ray για το είδος, άρχισε να ομαδοποιεί φυτά στον όγκο αυτής της κατηγορίας. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου δραστηριότητας, ο K. Linnaeus δημιουργεί τη γλώσσα της βοτανικής: ορίζει την ουσία ενός χαρακτηριστικού και ομαδοποιεί τα χαρακτηριστικά σε ιδιότητες, δημιουργώντας διαγνώσεις από άκρο σε άκρο - περιγραφή ειδών. Ο K. Linnaeus νομιμοποίησε τη δυαδική ονοματολογία του είδους. Κάθε είδος άρχισε να αποκαλείται με δύο λέξεις στα λατινικά. Το πρώτο υποδηλώνει μια γενική υπαγωγή, το δεύτερο είναι ένα επίθετο είδος. Οι περιγραφές των ειδών γράφτηκαν και στα λατινικά. Αυτό κατέστησε δυνατή τη διάθεση όλων των περιγραφών για επιστήμονες όλων των χωρών, αφού η λατινική γλώσσα μελετήθηκε σε όλα τα πανεπιστήμια. Ένα εξαιρετικό επίτευγμα του K. Linnaeus ήταν η δημιουργία ενός συστήματος φυτών και η ανάπτυξη συστηματικών κατηγοριών. Με βάση τη δομή των αναπαραγωγικών οργάνων, ο K. Linnaeus συνδύασε όλα τα γνωστά φυτά σε τάξεις. Οι πρώτες 12 τάξεις διακρίθηκαν από τον αριθμό των στήμονων: κατηγορία 1 - μεμονωμένοι στήμονες, κατηγορία 2 - δύο στήμονες κ.λπ. Τα φυτά χωρίς άνθη συμπεριλήφθηκαν στην κατηγορία 14. Αυτά τα φυτά ονόμασε μυστογαμικά. Ο Κ. Λινναίος χώρισε τις τάξεις σε οικογένειες, με βάση τη δομή του άνθους και άλλων οργάνων. Από τον K. Linnaeus προέρχονται οικογένειες όπως Compositae, Umbelliferae, Cruciferae κ.λπ. Ο K. Linnaeus χώρισε τις οικογένειες σε γένη. Ο K. Linnaeus θεώρησε ότι το γένος είναι μια πραγματική κατηγορία που δημιουργήθηκε ξεχωριστά από τον δημιουργό. Θεωρούσε τα είδη ως παραλλαγές γενών που αναπτύχθηκαν από τον αρχικό πρόγονο. Έτσι, στα κατώτερα επίπεδα, ο K. Linnaeus αναγνώρισε την ύπαρξη μιας εξελικτικής διαδικασίας, η οποία προς το παρόν παραμένει απαρατήρητη από ορισμένους συγγραφείς σχολικών βιβλίων και εκδόσεων λαϊκής επιστήμης.

Η σημασία των έργων του K. Linnaeus είναι τεράστια: Νομιμοποίησε τη δυαδική ονοματολογία, εισήγαγε τυπικές περιγραφές ειδών, πρότεινε ένα σύστημα ταξινομικών ενοτήτων: είδος, γένος, οικογένεια, τάξη, τάξη. Και το πιο σημαντικό, δημιούργησε συστήματα φυτών και ζώων, στην επιστημονική τους εγκυρότητα, ξεπερνώντας όλα τα συστήματα που υπήρχαν πριν από αυτόν. Ονομάζονται τεχνητά, λόγω του μικρού αριθμού των χαρακτηριστικών που χρησιμοποιούνται, αλλά ήταν τα συστήματα του K. Linnaeus που επέτρεψαν να μιλήσουμε για την ποικιλομορφία των ειδών και τις ομοιότητές τους. Η απλότητα των συστημάτων προσέλκυσε πολλούς ερευνητές στη βιολογία, έδωσε ώθηση στην περιγραφή νέων ειδών και έφερε τη βιολογία σε ένα νέο στάδιο ανάπτυξης. Η βιολογία άρχισε να εξηγεί το ζωντανό, αλλά όχι μόνο να το περιγράφει.

Η θεωρία της εξέλιξης του J. B. Lamarck.

Το 1809, ο Γάλλος βιολόγος J.B. Lamarck δημοσίευσε το βιβλίο Φιλοσοφία της Ζωολογίας, το οποίο σκιαγραφεί τον μηχανισμό εξέλιξης του οργανικού κόσμου. Η εξελικτική θεωρία του Λαμάρκ βασίστηκε σε δύο νόμους, οι οποίοι είναι γνωστοί ως νόμος της άσκησης και της μη άσκησης των οργάνων και ο νόμος της κληρονομικότητας των επίκτητων χαρακτηριστικών. Για τον Λαμάρκ, αυτοί οι νόμοι ακούγονται έτσι. Πρώτος νόμος. «Σε κάθε ζώο που δεν έχει φτάσει στο όριο της ανάπτυξής του, η πιο συχνή και απρόσκοπτη χρήση κάποιου οργάνου ενισχύει αυτό το όργανο, το αναπτύσσει, του αυξάνει και του δίνει δύναμη, ανάλογα με τη διάρκεια της ίδιας της χρήσης, ενώ η σταθερή Η μη χρήση του οργάνου το αποδυναμώνει ανεπαίσθητα, οδηγεί σε παρακμή, μειώνει προοδευτικά τις ικανότητές του και τελικά προκαλεί την εξαφάνισή του». Δεύτερος νόμος. «Όλα όσα η φύση έχει αναγκάσει να κερδίσει ή να χάσει, τα διατηρεί αναπαράγοντας σε άλλα άτομα». Έτσι, η ουσία της θεωρίας του Lamarck είναι ότι υπό την επίδραση του περιβάλλοντος, οι οργανισμοί βιώνουν αλλαγές που κληρονομούνται. Δεδομένου ότι οι αλλαγές είναι ατομικές στη φύση, η διαδικασία της εξέλιξης οδηγεί σε μια ποικιλία οργανισμών. Ένα κλασικό παράδειγμα του μηχανισμού εξέλιξης του Lamarck είναι η εμφάνιση ενός μακριού λαιμού σε μια καμηλοπάρδαλη. Πολλές γενιές των προγόνων του με κοντό λαιμό τρέφονταν με φύλλα δέντρων, για τα οποία έπρεπε να φτάσουν όλο και πιο ψηλά. Η ελαφρά επιμήκυνση του λαιμού που εμφανιζόταν σε κάθε γενιά μεταβιβάστηκε στην επόμενη γενιά έως ότου αυτό το μέρος του σώματος φτάσει στο σημερινό του μήκος.

Η θεωρία του Λαμάρκ έπαιξε σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη των απόψεων του Κάρολου Δαρβίνου. Μάλιστα, τον σύνδεσμο «περιβάλλον – μεταβλητότητα – κληρονομικότητα» πήρε ο Δαρβίνος από τον Λαμάρκ. Ο Λαμάρκ βρήκε την αιτία της μεταβλητότητας. Ο λόγος είναι το περιβάλλον. Προσπάθησε επίσης να συνδυάσει τη μετάδοση αλλαγών στους απογόνους, δηλαδή τους μηχανισμούς της κληρονομικότητας. Η θεωρία του για τη «συνέχεια του μικροβιακού πλάσματος» διατηρήθηκε μέχρι τα τέλη του 19ου αιώνα.

Με την τεράστια σημασία και την ευκολία αντίληψής της, η θεωρία της εξέλιξης του Lamarck δεν έχει λάβει ευρεία αναγνώριση. Ποιος είναι ο λόγος για αυτό. Ο Λαμάρκ πρότεινε ότι ο άνθρωπος καταγόταν από κάποιου είδους τετράχειρα. Για αυτό ήταν υπό τον Ναπολέοντα, ο οποίος διέταξε την καταστροφή του βιβλίου του. Ο Lamarck αρνήθηκε την πραγματική ύπαρξη του είδους, το οποίο έστρεψε εναντίον του τους θαυμαστές του Linnaeus, που περιλάμβαναν τους περισσότερους από τους βιολόγους των αρχών του 19ου αιώνα. Και τέλος, το βασικό του μεθοδολογικό λάθος: «όλα τα επίκτητα γνωρίσματα κληρονομούνται». Η επαλήθευση αυτής της διάταξης δεν έδωσε 100% επιβεβαίωση, και ως εκ τούτου η όλη θεωρία αμφισβητήθηκε. Κι όμως, η σημασία της θεωρίας του J.B. Ο Λαμάρκ είναι τεράστιος. Ήταν αυτός που επινόησε τον όρο - "παράγοντες εξέλιξης". Και αυτοί οι παράγοντες είχαν υλική βάση.

Ένα αναμφισβήτητο αποτύπωμα στην κοσμοθεωρία του C. Darwin άφησαν τα έργα του J. Cuvier για τα απολιθώματα και του C. Lyell, ο οποίος επέδειξε προοδευτικές αλλαγές στα απολιθώματα.

Ταξιδεύοντας σε όλο τον κόσμο με το πλοίο «Bill», ο ίδιος ο Κάρολος Δαρβίνος μπόρεσε να δει και να εκτιμήσει την ποικιλία των φυτών και των ζώων που ζουν σε διαφορετικές ηπείρους σε διαφορετικές συνθήκες. Και ζώντας στην Αγγλία - μια χώρα με καλά ανεπτυγμένη γεωργία, μια χώρα που έφερε στο νησί ό,τι υπήρχε στον κόσμο, ο Κάρολος Δαρβίνος μπορούσε να δει τα αποτελέσματα της «εξελικτικής» ανθρώπινης δραστηριότητας.

Και φυσικά, η πιο σημαντική προϋπόθεση για την εμφάνιση της εξελικτικής θεωρίας του Καρόλου Δαρβίνου ήταν ο ίδιος ο Κάρολος Δαρβίνος, του οποίου η ιδιοφυΐα μπόρεσε να αγκαλιάσει, να αναλύσει όλο το τεράστιο υλικό και να δημιουργήσει μια θεωρία που έθεσε τα θεμέλια του Δαρβινισμού - το δόγμα του εξέλιξη των ζωντανών οργανισμών.

Οι κύριες διατάξεις της εξελικτικής θεωρίας του Χ. Δαρβίνου.

Η θεωρία της εξέλιξης μέσω της φυσικής επιλογής διατυπώθηκε από τον Κάρολο Δαρβίνο το 1839. Οι εξελικτικές απόψεις του Χ. Δαρβίνου παρουσιάζονται αναλυτικά στο βιβλίο «The Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favored Breeds in the Struggle for Life».

Ο ίδιος ο τίτλος του βιβλίου υποδηλώνει ότι ο Δαρβίνος δεν έθεσε ως στόχο να αποδείξει την ύπαρξη της εξέλιξης, την ύπαρξη της οποίας υπέδειξε και ο Κομφούκιος. Την εποχή που γράφτηκε το βιβλίο, κανείς δεν αμφέβαλλε για την ύπαρξη της εξέλιξης. Το κύριο πλεονέκτημα του Κάρολου Δαρβίνου είναι ότι εξήγησε πώς μπορεί να συμβεί η εξέλιξη.

Το ταξίδι με το Beagle επέτρεψε στον Δαρβίνο να συλλέξει πολλά δεδομένα για τη μεταβλητότητα των οργανισμών, τα οποία τον έπεισαν ότι τα είδη δεν μπορούν να θεωρηθούν αμετάβλητα. Επιστρέφοντας στην Αγγλία, ο Κάρολος Δαρβίνος ξεκίνησε την πρακτική της εκτροφής περιστεριών και άλλων κατοικίδιων ζώων, γεγονός που τον οδήγησε στην ιδέα της τεχνητής επιλογής ως μέθοδος αναπαραγωγής φυλών οικόσιτων ζώων και ποικιλιών καλλιεργούμενων φυτών. Επιλέγοντας τις αποκλίσεις που χρειάζεται, ο άνθρωπος, φέρνοντας αυτές τις αποκλίσεις στις απαραίτητες απαιτήσεις, δημιούργησε τις απαραίτητες ράτσες και ποικιλίες για αυτόν.

Σύμφωνα με τον Κάρολο Δαρβίνο, οι κινητήριες δυνάμεις αυτής της διαδικασίας ήταν η κληρονομική μεταβλητότητα και η ανθρώπινη επιλογή.

Ωστόσο, ο C. Darwin έπρεπε να λύσει το πρόβλημα της επιλογής σε φυσικές συνθήκες. Ο μηχανισμός δράσης της επιλογής του Κάρολου Δαρβίνου υποκινήθηκε από τις ιδέες που διατυπώθηκαν το 1778 από τον Τ. Μάλθους στο έργο του «Πραγματεία για τον πληθυσμό». Ο Μάλθους περιέγραψε γλαφυρά την κατάσταση στην οποία θα μπορούσε να οδηγήσει η πληθυσμιακή αύξηση αν δεν περιοριζόταν με τίποτα. Ο Δαρβίνος μετέφερε το σκεπτικό του Μάλθους σε άλλους οργανισμούς και επέστησε την προσοχή σε τέτοιους παράγοντες: παρά το υψηλό αναπαραγωγικό δυναμικό, ο πληθυσμός παραμένει σταθερός. Συγκρίνοντας έναν τεράστιο όγκο πληροφοριών, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι σε συνθήκες σκληρού ανταγωνισμού μεταξύ των μελών ενός πληθυσμού, τυχόν αλλαγές που είναι ευνοϊκές υπό δεδομένες συνθήκες θα αύξαναν την ικανότητα ενός ατόμου να αναπαραχθεί και να αφήσει πίσω του γόνιμους απογόνους και δυσμενείς αλλαγές είναι προφανώς δυσμενείς, και για όσους τους έχουν οργανισμούς, οι πιθανότητες επιτυχούς αναπαραγωγής μειώνονται. Όλα αυτά χρησίμευσαν ως βάση για τον προσδιορισμό των κινητήριων δυνάμεων (παράγοντες εξέλιξης, οι οποίοι, σύμφωνα με τον Δαρβίνο, είναι η μεταβλητότητα, η κληρονομικότητα, ο αγώνας για ύπαρξη, η φυσική επιλογή.

Ουσιαστικά, το κύριο νόημα της εξελικτικής θεωρίας του Καρόλου Δαρβίνου είναι ότι η εξέλιξη συμβαίνει με βάση την εμφάνιση κληρονομικών αλλαγών, σταθμίζοντας τις με τον αγώνα για ύπαρξη και επιλέγοντας αλλαγές που επιτρέπουν στους οργανισμούς να κερδίζουν σε έντονο ανταγωνισμό. Το αποτέλεσμα της εξέλιξης σύμφωνα με τον Κάρολο Δαρβίνο είναι η εμφάνιση νέων ειδών, που οδηγεί σε μια ποικιλία χλωρίδας και πανίδας.

Κινούμενες δυνάμεις (παράγοντες) εξέλιξης.

Οι κινητήριες δυνάμεις στην εξέλιξη είναι: η κληρονομικότητα, η μεταβλητότητα, ο αγώνας για ύπαρξη, η φυσική επιλογή.

Κληρονομικότητα.

Η κληρονομικότητα είναι η ιδιότητα όλων των ζωντανών οργανισμών να διατηρούν και να μεταδίδουν σημεία και ιδιότητες από τους προγόνους στους απογόνους. Την εποχή του Καρόλου Δαρβίνου, η φύση αυτού του φαινομένου δεν ήταν γνωστή. Ο Δαρβίνος, καθώς επίσης, υπέθεσε την παρουσία κληρονομικών παραγόντων. Η κριτική αυτών των δηλώσεων από τους αντιπάλους ανάγκασε τον Δαρβίνο να εγκαταλείψει τις απόψεις του για τη θέση των παραγόντων, αλλά η ίδια η ιδέα της παρουσίας υλικών παραγόντων κληρονομικότητας διαποτίζει ολόκληρη τη διδασκαλία του. Η ουσία του φαινομένου έγινε σαφής μετά την ανάπτυξη της θεωρίας των χρωμοσωμάτων από τον T. Morgan. Όταν η δομή του γονιδίου αποκρυπτογραφήθηκε και έγινε κατανοητή, ο μηχανισμός της κληρονομικότητας έγινε αρκετά σαφής. Βασίζεται στους ακόλουθους παράγοντες: τα χαρακτηριστικά του οργανισμού (φαινότυπος) καθορίζονται από τον γονότυπο και το περιβάλλον (ταχύτητα αντίδρασης). τα σημάδια ενός οργανισμού καθορίζονται από ένα σύνολο πρωτεϊνών που σχηματίζονται από πολυπεπτιδικές αλυσίδες που συντίθενται σε ριβοσώματα, πληροφορίες σχετικά με τη δομή της συντιθέμενης πολυπεπτιδικής αλυσίδας περιέχονται στο i-RNA, το i-RNA λαμβάνει αυτές τις πληροφορίες κατά τη διάρκεια της περιόδου σύνθεσης μήτρας στο ένα τμήμα DNA που είναι ένα γονίδιο. Τα γονίδια περνούν από τους γονείς στα παιδιά και αποτελούν την υλική βάση της κληρονομικότητας. Στην διακινητικότητα, το DNA διπλασιάζεται και ως εκ τούτου τα γονίδια διπλασιάζονται. Κατά τον σχηματισμό των γεννητικών κυττάρων, εμφανίζεται μείωση του αριθμού των χρωμοσωμάτων και κατά τη γονιμοποίηση στο ζυγωτό, τα θηλυκά και τα αρσενικά χρωμοσώματα συνδυάζονται. Ο σχηματισμός του εμβρύου και του οργανισμού συμβαίνει υπό την επίδραση των γονιδίων τόσο του μητρικού όσο και του πατρικού οργανισμού. Η κληρονομικότητα των χαρακτηριστικών γίνεται σύμφωνα με τους νόμους της κληρονομικότητας του G. Mendel ή σύμφωνα με την αρχή της ενδιάμεσης φύσης της κληρονομικότητας των χαρακτηριστικών. Τόσο τα διακριτά όσο και τα μεταλλαγμένα γονίδια κληρονομούνται.

Έτσι, η ίδια η κληρονομικότητα δρα αφενός ως παράγοντας που διατηρεί ήδη καθιερωμένα χαρακτηριστικά, αφετέρου εξασφαλίζει την είσοδο νέων στοιχείων στη δομή του σώματος.

Μεταβλητότητα.

Η μεταβλητότητα είναι μια γενική ιδιότητα των οργανισμών στη διαδικασία της οντογένεσης να αποκτούν νέα χαρακτηριστικά. Ο C. Darwin σημείωσε ότι δεν υπάρχουν δύο πανομοιότυπα άτομα σε μια γέννα, δεν υπάρχουν δύο πανομοιότυπα φυτά που καλλιεργούνται από γονικούς σπόρους. Η έννοια των μορφών μεταβλητότητας αναπτύχθηκε από τον Χ. Δαρβίνο με βάση τη μελέτη των φυλών κατοικίδιων ζώων. Σύμφωνα με τον Χ. Δαρβίνο, υπάρχουν οι εξής μορφές μεταβλητότητας: οριστική, αόριστη, συσχετιστική, κληρονομική, μη κληρονομική.

Μια ορισμένη μεταβλητότητα σχετίζεται με την εμφάνιση σε μεγάλο αριθμό ατόμων ή σε όλα τα άτομα ενός συγκεκριμένου είδους, ποικιλίας ή φυλής κατά την οντογένεση. Η μεταβλητότητα της μάζας σύμφωνα με τον Δαρβίνο μπορεί να συσχετιστεί με ορισμένες περιβαλλοντικές συνθήκες. Μια σωστά επιλεγμένη διατροφή θα οδηγήσει σε αύξηση της απόδοσης γάλακτος για όλα τα μέλη της αγέλης. Ο συνδυασμός ευνοϊκών συνθηκών συμβάλλει στην αύξηση του μεγέθους των κόκκων σε όλα τα άτομα σιταριού. Έτσι, οι αλλαγές που προκύπτουν από ορισμένες μεταβλητές μπορούν να προβλεφθούν.

Η αβέβαιη μεταβλητότητα σχετίζεται με την εμφάνιση χαρακτηριστικών σε μεμονωμένα ή περισσότερα άτομα. Τέτοιες αλλαγές δεν μπορούν να εξηγηθούν από τη δράση περιβαλλοντικών παραγόντων.

Η σχετική μεταβλητότητα είναι ένα πολύ ενδιαφέρον φαινόμενο. Η εμφάνιση ενός ζωδίου οδηγεί στην εμφάνιση άλλων. Έτσι η αύξηση του μήκους του στάχυ των δημητριακών οδηγεί σε μείωση του μήκους του στελέχους. Έτσι, παίρνοντας μια καλή σοδειά, χάνουμε άχυρο. Η αύξηση των άκρων στα έντομα οδηγεί σε αύξηση των μυών. Και υπάρχουν πολλά τέτοια παραδείγματα.

Ο C. Darwin σημείωσε ότι ορισμένες αλλαγές που συμβαίνουν στην οντογένεση εκδηλώνονται στους απογόνους, άλλες όχι. Το πρώτο το απέδωσε στην κληρονομική μεταβλητότητα, το δεύτερο στη μη κληρονομική. Ο Δαρβίνος σημείωσε επίσης ένα τέτοιο γεγονός ότι κυρίως οι αλλαγές που σχετίζονται με την αόριστη και σχετική μεταβλητότητα κληρονομούνται.

Ο Δαρβίνος θεώρησε τη δράση του περιβάλλοντος ως παράδειγμα ορισμένης μεταβλητότητας. Αιτίες απροσδιόριστης μεταβλητότητας Ο Δαρβίνος δεν μπορούσε, εξ ου και το ίδιο το όνομα αυτής της μορφής μεταβλητότητας.

Μέχρι τώρα, οι αιτίες και ο μηχανισμός της μεταβλητότητας είναι λίγο πολύ ξεκάθαροι.

Η σύγχρονη επιστήμη διακρίνει μεταξύ δύο μορφών μεταβλητότητας - μεταλλακτική ή γονοτυπική και κωδικοποίηση ή φαινοτυπική.

Η μεταλλακτική μεταβλητότητα σχετίζεται με μια αλλαγή στον γονότυπο. Εμφανίζεται ως αποτέλεσμα μεταλλάξεων. Οι μεταλλάξεις είναι αποτέλεσμα της έκθεσης στον γονότυπο των μεταλλαξιγόνων. Οι ίδιοι οι μεταλλαξιογόνοι παράγοντες χωρίζονται σε φυσικές, χημικές κ.λπ. Οι μεταλλάξεις είναι γονιδιακές, χρωμοσωμικές, γονιδιωματικές. Οι μεταλλάξεις κληρονομούνται με τον γονότυπο.

Η μεταβλητότητα τροποποίησης είναι η αλληλεπίδραση του γονότυπου και του περιβάλλοντος. Η μεταβλητότητα της τροποποίησης εκδηλώνεται μέσω του ρυθμού αντίδρασης, δηλαδή, η επίδραση περιβαλλοντικών παραγόντων μπορεί να αλλάξει την εκδήλωση ενός χαρακτηριστικού εντός των ακραίων ορίων του που καθορίζονται από τον γονότυπο. Τέτοιες αλλαγές δεν μεταβιβάζονται στους απογόνους, αλλά μπορεί να εμφανιστούν στην επόμενη γενιά επαναλαμβάνοντας τις παραμέτρους των περιβαλλοντικών παραγόντων.

Συνήθως η δαρβινική απροσδιόριστη μεταβλητότητα συνδέεται με μεταλλακτική και οριστική με τροποποίηση.

Αγώνας για ύπαρξη.

Στο επίκεντρο της θεωρίας του Δαρβίνου για τη φυσική επιλογή βρίσκεται ο αγώνας για ύπαρξη, ο οποίος αναγκαστικά προκύπτει από την απεριόριστη επιθυμία των οργανισμών για αναπαραγωγή. Αυτή η επιθυμία εκφράζεται πάντα με γεωμετρικές προόδους.

Ο Δαρβίνος αναφέρεται στον Μάλθους σε αυτό. Ωστόσο, πολύ πριν από τον Μάλθους, οι βιολόγοι γνώριζαν αυτό το φαινόμενο. Ναι, και οι παρατηρήσεις του ίδιου του Δαρβίνου επιβεβαίωσαν την ικανότητα των ζωντανών όντων στην πιθανή ένταση αναπαραγωγής. Ακόμη και ο Κ. Λινναίος επεσήμανε ότι μια μύγα, με τη μεσολάβηση των απογόνων της, θα μπορούσε, λίγες μέρες πριν από τα οστά, το πτώμα ενός αλόγου.

Ακόμη και οι ελέφαντες βραδείας αναπαραγωγής, σύμφωνα με τον υπολογισμό του Κάρολου Δαρβίνου, θα μπορούσαν να κυριαρχήσουν ολόκληρη τη γη, αν υπήρχαν όλες οι προϋποθέσεις για αυτό. Σύμφωνα με τον Δαρβίνο, από ένα ζευγάρι ελεφάντων σε 740 χρόνια, περίπου 19 εκατομμύρια άτομα θα είχαν βγει.

Γιατί τα πιθανά και τα πραγματικά ποσοστά γεννήσεων διαφέρουν τόσο πολύ;

Ο Δαρβίνος απαντά και σε αυτό το ερώτημα. Γράφει ότι η πραγματική σημασία της αφθονίας των αυγών ή των σπόρων είναι να καλύψει τη σημαντική απώλεια τους που προκαλείται από την εξόντωση σε κάποια γενιά ζωής, δηλαδή η αναπαραγωγή συναντά περιβαλλοντική αντίσταση. Με βάση την ανάλυση αυτού του φαινομένου, ο Κάρολος Δαρβίνος εισάγει την έννοια του «αγώνα για ύπαρξη».

«Η έννοια του αγώνα για ύπαρξη» μπορεί να έχει νόημα και να δικαιολογήσει μόνο με την ευρεία «μεταφορική» έννοια του Δαρβίνου: «συμπεριλαμβανομένης εδώ της εξάρτησης ενός όντος από το άλλο, και επίσης (το πιο σημαντικό) όχι μόνο της ζωής ενός ατόμου, αλλά Επίσης, η επιτυχία του να φύγει από τους ίδιους τους απογόνους». Ο Δαρβίνος γράφει: «Σχετικά με δύο ζώα από μια σειρά λιονταριών, Σε μια περίοδο λιμού, μπορεί πολύ σωστά να ειπωθεί ότι παλεύουν μεταξύ τους για τροφή και ζωή. ΟΜΩΣ το φυτό στα περίχωρα της ερήμου λέγεται ότι παλεύει για ζωή ενάντια στην ξηρασία, αν και θα ήταν πιο σωστό να πούμε ότι εξαρτάται από την υγρασία. Για ένα φυτό που παράγει ετησίως χιλιάδες σπόρους, από τους οποίους κατά μέσο όρο φυτρώνει μόνο ένας, μπορεί να ειπωθεί πιο σωστά ότι παλεύει με φυτά του ίδιου γένους και άλλα που ήδη καλύπτουν το έδαφος ... με όλη αυτή τη γνώση ... Εγώ για λόγους ευκολίας καταφεύγω στον γενικό όρο αγώνας για την Ύπαρξη».

Το κείμενο «Η καταγωγή των ειδών» επιβεβαιώνει την ποικιλία των μορφών του αγώνα για ύπαρξη, αλλά ταυτόχρονα δείχνει ότι σε όλες αυτές τις μορφές υπάρχει ένα στοιχείο ανταγωνισμού ή ανταγωνισμού.

Ο ενδοειδικός αγώνας γίνεται σε συνθήκες σκληρού ανταγωνισμού, αφού τα άτομα του ίδιου είδους απαιτούν τις ίδιες συνθήκες ύπαρξης. Στην πρώτη θέση βρίσκεται ο ρόλος του ίδιου του οργανισμού και των επιμέρους χαρακτηριστικών του. Σημειώνεται η σημασία των μέσων προστασίας του, της δραστηριότητάς του, της επιθυμίας του για αναπαραγωγή.

Ο αγώνας για ύπαρξη στο επίπεδο του είδους είναι σαφώς ενεργός και η έντασή του αυξάνεται με την αύξηση της πυκνότητας του πληθυσμού.

Οι οργανισμοί ανταγωνίζονται μεταξύ τους στον αγώνα για τροφή, για το θηλυκό, για τη ζώνη κυνηγιού, καθώς και στα μέσα προστασίας από τις δυσμενείς επιπτώσεις του κλίματος, στην προστασία των απογόνων.

Η επιδείνωση των συνθηκών σίτισης, η υψηλή πληθυσμιακή πυκνότητα κ.λπ., επιτρέπουν στους πιο ανταγωνιστικούς να επιβιώσουν. Ένα παράδειγμα ενδοειδικής πάλης είναι η κατάσταση σε ένα κοπάδι άγριων ελαφιών. Η αύξηση του αριθμού των ατόμων οδηγεί σε αύξηση της πυκνότητας του πληθυσμού. Ο αριθμός των ανδρών στον πληθυσμό αυξάνεται. Η αύξηση της πυκνότητας του πληθυσμού οδηγεί σε έλλειψη τροφής, εμφάνιση επιδημιών, αγώνα των αρσενικών για μια γυναίκα κλπ. Όλα αυτά οδηγούν σε θάνατο ατόμων και μείωση του πληθυσμού. Οι πιο δυνατοί επιβιώνουν.

Έτσι, ο ενδοειδικός αγώνας συμβάλλει στη βελτίωση του είδους, στην εμφάνιση προσαρμογών στο περιβάλλον, στους παράγοντες που προκαλούν αυτόν τον αγώνα.

Συχνά ο διαειδικός αγώνας πηγαίνει προς μια κατεύθυνση. Κλασικό παράδειγμα είναι η σχέση μεταξύ λαγών και λύκων. Δύο λαγοί τρέχουν μακριά από έναν λύκο. Κάποια στιγμή σκορπίζονται και ο λύκος μένει χωρίς τίποτα. Η διαειδική πάλη συμβάλλει στη ρύθμιση των πληθυσμών, στη θανάτωση ασθενών ή αδύναμων οργανισμών.

Η καταπολέμηση των παραγόντων του ανόργανου περιβάλλοντος κάνει τα φυτά να προσαρμοστούν στις νέες συνθήκες ύπαρξης, τα ωθεί να αυξήσουν τη γονιμότητά τους. Από την άλλη, καθορίζεται ο περιορισμός ενός είδους ή ενός πληθυσμού σε ορισμένες συνθήκες οικοτόπου. Τα άτομα bluegrass που αναπτύσσονται στα λιβάδια και στις πεδιάδες έχουν όρθιο μίσχο και τα άτομα που αναπτύσσονται σε ορεινές συνθήκες έχουν ένα ανερχόμενο στέλεχος. Ως αποτέλεσμα του αγώνα για ύπαρξη, επιβίωσαν άτομα στα οποία, στα πρώτα στάδια ανάπτυξης, το στέλεχος πιέζεται στο έδαφος, δηλαδή παλεύει με τους νυχτερινούς παγετούς· τα φυτά που είναι έντονα χαμηλωμένα είναι επίσης τα πιο βιώσιμα σε ορεινές συνθήκες .

Το δόγμα του αγώνα για ύπαρξη επιβεβαιώνει ότι αυτός ο παράγοντας είναι η κινητήρια δύναμη της εξέλιξης. Είναι ο αγώνας, όπως και να τον πεις, ανταγωνισμός, ανταγωνισμός. Αναγκάζει τους οργανισμούς να αποκτήσουν νέα χαρακτηριστικά που τους επιτρέπουν να κερδίζουν.

Ο παράγοντας του αγώνα για ύπαρξη λαμβάνεται υπόψη και από την πρακτική δραστηριότητα του ανθρώπου. Κατά τη φύτευση φυτών του ίδιου είδους, είναι απαραίτητο να παρατηρήσετε μια ορισμένη απόσταση μεταξύ των ατόμων. Όταν αποθηκεύονται δεξαμενές με πολύτιμα είδη ψαριών, τα αρπακτικά και τα είδη χαμηλής αξίας απομακρύνονται από αυτό. Κατά την έκδοση αδειών για βομβαρδισμό λύκων λαμβάνεται υπόψη ο αριθμός των ατόμων κ.λπ.

ΦΥΣΙΚΗ ΕΠΙΛΟΓΗ.

«Η φυσική επιλογή δεν προχωρά μέσω της επιλογής των πιο προσαρμοσμένων, αλλά μέσω της εξόντωσης των μορφών που είναι πιο προσαρμοσμένες στις συνθήκες του περιβάλλοντος διαβίωσης», λέει ο Κάρολος Δαρβίνος στο The Origin of Species. Η φυσική επιλογή βασίζεται στις ακόλουθες παραδοχές: α) τα άτομα οποιουδήποτε είδους, ως αποτέλεσμα της μεταβλητότητας, δεν είναι βιολογικά ίσα με τις περιβαλλοντικές συνθήκες. μερικά από αυτά αντιστοιχούν σε περιβαλλοντικές συνθήκες σε μεγαλύτερο βαθμό, άλλα σε μικρότερο βαθμό. β) άτομα οποιουδήποτε είδους παλεύουν με περιβαλλοντικούς παράγοντες που είναι δυσμενείς για αυτά και ανταγωνίζονται μεταξύ τους. Στη διαδικασία αυτού του αγώνα και του ανταγωνισμού, «κατά κανόνα -με την εξόντωση του μη ικανοποιητικού»- επιβιώνουν οι πιο προσαρμοσμένες μορφές. Η εμπειρία του πιο ικανού συνδέεται με τις διαδικασίες απόκλισης, κατά τις οποίες, υπό τη συνεχή επίδραση της φυσικής επιλογής, σχηματίζονται νέες ενδοειδικές μορφές. Τα τελευταία απομονώνονται όλο και περισσότερο και χρησιμεύουν ως πηγή σχηματισμού νέων ειδών και προοδευτικής ανάπτυξής τους. Φυσική επιλογή - δημιουργεί νέες μορφές ζωής, δημιουργεί μια εκπληκτική προσαρμοστικότητα των ζωντανών μορφών, παρέχει μια διαδικασία αύξησης της οργάνωσης, της ποικιλομορφίας της ζωής.

Η επιλογή ξεκινά από το επίπεδο όπου ο ανταγωνισμός μεταξύ ατόμων είναι υψηλότερος. Ας στραφούμε στο κλασικό παράδειγμα, για το οποίο έγραψε ο ίδιος ο Κάρολος Δαρβίνος. Στο δάσος με σημύδα κυριαρχούν οι ανοιχτόχρωμες πεταλούδες. Αυτό υποδηλώνει ότι οι πεταλούδες με ανοιχτά χρώματα έχουν αντικαταστήσει τις πεταλούδες με σκούρα και διαφοροποιημένα χρώματα. Αυτή η διαδικασία ήταν υπό την επίδραση της φυσικής επιλογής για το καλύτερο προστατευτικό χρώμα. Όταν η σημύδα αντικαθίσταται από βράχους με σκούρο χρώμα φλοιού σε μια δεδομένη περιοχή, οι πεταλούδες με ανοιχτό χρώμα αρχίζουν να εξαφανίζονται - τρώγονται από τα πουλιά. Το τμήμα του πληθυσμού με σκούρο χρώμα που παραμένει σε ασήμαντο αριθμό αρχίζει να πολλαπλασιάζεται γρήγορα. Υπάρχει μια επιλογή ατόμων που έχουν την ευκαιρία να επιβιώσουν και να δώσουν γόνιμους απογόνους. Σε αυτή την περίπτωση, μιλάμε για διαομαδικό ανταγωνισμό, δηλαδή η επιλογή γίνεται ανάμεσα σε ήδη υπάρχουσες φόρμες.

Τα άτομα υπόκεινται επίσης στη φυσική επιλογή. Οποιαδήποτε ελαφρά απόκλιση που δίνει πλεονέκτημα στο άτομο στον αγώνα για ύπαρξη μπορεί να συλλεχθεί από τη φυσική επιλογή. Αυτός είναι ο δημιουργικός ρόλος της επιλογής. Δρα πάντα με φόντο το κινητό υλικό, το οποίο αλλάζει συνεχώς στις διαδικασίες μετάλλαξης και συνδυασμού.

Η φυσική επιλογή είναι η κύρια κινητήρια δύναμη της εξέλιξης.

Τύποι (μορφές) φυσικής επιλογής.

Υπάρχουν δύο κύριες επιλογές: σταθεροποιητική και κατευθυνόμενη.

Η σταθεροποιητική επιλογή λαμβάνει χώρα σε περιπτώσεις όπου τα φαινοτυπικά γνωρίσματα είναι απόλυτα συνεπή με τις περιβαλλοντικές συνθήκες και ο ανταγωνισμός είναι μάλλον αδύναμος. Μια τέτοια επιλογή λειτουργεί σε ολόκληρο τον πληθυσμό, καταστρέφοντας άτομα με ακραίες αποκλίσεις. Για παράδειγμα, υπάρχει κάποιο βέλτιστο μήκος φτερού για λιβελλούλη συγκεκριμένου μεγέθους με συγκεκριμένο τρόπο ζωής σε ένα δεδομένο περιβάλλον. Η σταθεροποίηση της επιλογής δρα μέσω της διαφορικής αναπαραγωγής, θα καταστρέψει εκείνες τις λιβελλούλες που έχουν άνοιγμα φτερών μεγαλύτερο ή μικρότερο από το βέλτιστο. Η σταθεροποιητική επιλογή δεν προωθεί την εξελικτική αλλαγή, αλλά διατηρεί τη φαινοτυπική σταθερότητα ενός πληθυσμού από γενιά σε γενιά.

Κατευθυνόμενη (κινούμενη) επιλογή. Αυτή η μορφή επιλογής εμφανίζεται ως απόκριση σε μια σταδιακή αλλαγή των περιβαλλοντικών συνθηκών. Η επιλογή κατεύθυνσης επηρεάζει το εύρος των φαινοτύπων που υπάρχουν σε έναν δεδομένο πληθυσμό και ασκεί επιλεκτική πίεση που μετατοπίζει τον μέσο φαινότυπο προς τη μία ή την άλλη κατεύθυνση. Αφού ο νέος φαινότυπος έρθει σε βέλτιστη αντιστοιχία με τις νέες περιβαλλοντικές συνθήκες, η σταθεροποιητική επιλογή μπαίνει στο παιχνίδι.

Η κατευθυνόμενη επιλογή οδηγεί σε εξελικτική αλλαγή. Εδώ είναι ένα παράδειγμα.

Η ανακάλυψη των αντιβιοτικών στη δεκαετία του 1940 δημιούργησε ισχυρή πίεση επιλογής υπέρ των βακτηριακών στελεχών που ήταν γενετικά ανθεκτικά στα αντιβιοτικά. Τα βακτήρια πολλαπλασιάζονται πολύ έντονα, ως αποτέλεσμα μιας τυχαίας μετάλλαξης, μπορεί να εμφανιστεί ένα ανθεκτικό κύτταρο, οι απόγονοι του οποίου θα ανθίσουν λόγω της έλλειψης ανταγωνισμού από άλλα βακτήρια που καταστρέφονται από αυτό το αντιβιοτικό.

τεχνητή επιλογή.

Η τεχνητή επιλογή είναι μια μέθοδος αναπαραγωγής νέων φυλών οικόσιτων ζώων ή φυτικών ποικιλιών.

Ο άνθρωπος από τα πρώτα χρόνια του πολιτισμού του χρησιμοποιεί τεχνητή επιλογή για την αναπαραγωγή φυτών και ζώων. Ο Δαρβίνος χρησιμοποίησε δεδομένα από την τεχνητή επιλογή για να εξηγήσει τον μηχανισμό της φυσικής επιλογής. Οι κύριοι παράγοντες της τεχνητής επιλογής είναι η κληρονομικότητα, η μεταβλητότητα, η δράση ενός ατόμου που επιδιώκει να φέρει τις κληρονομικές αποκλίσεις στο σημείο του παραλογισμού και η επιλογή. Η μεταβλητότητα, ως ιδιότητα όλων των οργανισμών να αλλάζουν, παρέχει υλικό για επιλογή - μια διαφορετική σειρά αποκλίσεων. Ένα άτομο, έχοντας παρατηρήσει τις αποκλίσεις που χρειάζεται, προχωρά στην επιλογή. Η τεχνητή επιλογή βασίζεται στην απομόνωση φυσικών πληθυσμών ή ατόμων με τις απαραίτητες αποκλίσεις και στην επιλεκτική διασταύρωση οργανισμών που έχουν χαρακτηριστικά επιθυμητά για τον άνθρωπο.

Η επιλογή των φυλών βοοειδών Cherneford και Aberdeen-Angus πραγματοποιήθηκε για την ποσότητα και την ποιότητα του κρέατος, των φυλών Chernzey και Jersey - για την παραγωγή γάλακτος. Τα πρόβατα των φυλών Champshire και Suffalan ωριμάζουν γρήγορα και παράγουν καλό κρέας, αλλά είναι λιγότερο ανθεκτικά και λιγότερο ενεργά στην αναζήτηση τροφής από, για παράδειγμα, τα σκωτσέζικα πρόβατα με μαύρο πρόσωπο. Αυτά τα παραδείγματα δείχνουν ότι είναι αδύνατο να συνδυαστούν όλα τα χαρακτηριστικά που είναι απαραίτητα για μέγιστο οικονομικό αποτέλεσμα σε μία φυλή.

Με την τεχνητή επιλογή, ένα άτομο δημιουργεί μια κατευθυνόμενη επιλεκτική δράση που οδηγεί σε αλλαγή στις συχνότητες των αλληλόμορφων και των γονότυπων σε έναν πληθυσμό. Πρόκειται για έναν εξελικτικό μηχανισμό που οδηγεί στην εμφάνιση νέων φυλών, γραμμών, ποικιλιών, φυλών και υποειδών. Οι δεξαμενές γονιδίων όλων αυτών των ομάδων είναι απομονωμένες, αλλά διατηρούν τη βασική δομή γονιδίου και χρωμοσώματος που είναι χαρακτηριστική του είδους στο οποίο ανήκουν ακόμη. Δεν είναι στη δύναμη του ανθρώπου να δημιουργήσει ένα νέο είδος ή να αποκαταστήσει ένα εξαφανισμένο!

Ο Δαρβίνος διέκρινε μεταξύ της μεθοδικής ή συστηματικής επιλογής και της ασυνείδητης επιλογής εντός της τεχνητής επιλογής. Με τη μεθοδική επιλογή, ο κτηνοτρόφος έθεσε στον εαυτό του έναν πολύ συγκεκριμένο στόχο, να παράγει νέες ράτσες που ξεπερνούν όλα όσα δημιουργήθηκαν προς αυτή την κατεύθυνση. Η ασυνείδητη επιλογή στοχεύει στη διατήρηση των ήδη υπαρχουσών ιδιοτήτων.

Στη σύγχρονη εκτροφή, υπάρχουν δύο μορφές τεχνητής επιλογής: η ενδογαμία και η εξωγενής αναπαραγωγή. Η ενδογαμία βασίζεται στην επιλεκτική διασταύρωση στενά συγγενών ατόμων προκειμένου να διατηρηθούν και να διαδοθούν ιδιαίτερα επιθυμητά χαρακτηριστικά. Έξοδος είναι η διασταύρωση ατόμων από γενετικά διαφορετικούς πληθυσμούς. Οι απόγονοι τέτοιων σταυρών είναι συνήθως ανώτεροι από τους γονείς τους.

Η εμφάνιση συσκευών. Η σχετική φύση της φυσικής κατάστασης.

Το αποτέλεσμα της φυσικής επιλογής είναι η εμφάνιση σημείων που επιτρέπουν στους οργανισμούς να προσαρμοστούν στις συνθήκες ύπαρξης. Από εδώ προήλθε η ιδέα της προσαρμοστικής φύσης της εξέλιξης. Με βάση τη μελέτη της εμφάνισης προσαρμογών (προσαρμογές), προέκυψε μια ολόκληρη κατεύθυνση στη βιολογία - το δόγμα των προσαρμογών. Τα προσαρμοστικά σημεία ή προσαρμογές χωρίζονται σε φυσιολογικά και μορφολογικά.

Φυσιολογικές προσαρμογές. Η αφθονία και η μεγάλη σημασία για τη ζωτικότητα του οργανισμού μικρών φυσιολογικών μεταλλάξεων συμβάλλουν στο γεγονός ότι η διαφοροποίηση αρχίζει στους πληθυσμούς. Αυτό είναι κατανοητό εάν οι μεταλλάξεις από τη φύση τους είναι βιολογικές αλλαγές που οδηγούν κυρίως σε αλλαγές στις διαδικασίες του ενδοκυτταρικού μεταβολισμού και μόνο μέσω αυτού σε μορφολογικούς μετασχηματισμούς. Παραδείγματα είναι τέτοια χαρακτηριστικά ενός οργανισμού όπως αντοχή σε γνωστές θερμοκρασίες, ικανότητα συσσώρευσης θρεπτικών ουσιών, γενική δραστηριότητα κ.λπ. Δίνουν εύκολα μια μετατόπιση και προς τις δύο κατευθύνσεις και και στις δύο περιπτώσεις μπορεί να είναι ευνοϊκές. Η μελέτη της βλάστησης των σπόρων του κόκκινου τριφυλλιού σε διαφορετικές θερμοκρασίες έδειξε ότι το υψηλότερο % βλάστησης δίνεται στους + 12 C, αλλά ορισμένοι σπόροι βλασταίνουν μόνο στην περιοχή + 4-10 C. Αυτό συμβάλλει στην επιβίωση του είδους σε χαμηλές ανοιξιάτικες θερμοκρασίες.

Η ζωική μελάγχρωση στην ανάπτυξη και τη μεταβλητότητά της προσεγγίζει τα φυσιολογικά χαρακτηριστικά. Η υψηλότερη ή χαμηλότερη ένταση χρώματος μπορεί να έχει προστατευτικές τιμές υπό κατάλληλες γενικές συνθήκες φόντου και φωτισμού. Πρόκειται ήδη για μορφολογικές προσαρμογές.

Οι γνωστές μελέτες του Harrison έδειξαν τον μηχανισμό της ίδιας της εμφάνισης διαφορών στον χρωματισμό δύο πληθυσμών πεταλούδων που προέκυψαν από έναν συνεχή πληθυσμό όταν ένα δάσος χωριζόταν από ένα μεγάλο ξέφωτο. Σε εκείνο το τμήμα του δάσους όπου το πεύκο αντικαταστάθηκε από τη σημύδα, η φυσική επιλογή (κυρίως η κατανάλωση πιο σκουρόχρωμων δειγμάτων από τα πουλιά) οδήγησε σε σημαντική ελάφρυνση του πληθυσμού των πεταλούδων.

Ακόμη και ο Κ. Δαρβίνος επέστησε την προσοχή στο γεγονός ότι τα έντομα των νησιών είτε είναι καλά ιπτάμενα είτε έχουν μειωμένα φτερά. Ένα τέτοιο φαινόμενο όπως η μείωση των οργάνων που έχουν χάσει τη σημασία τους δεν είναι δύσκολο να εξηγηθεί, αφού οι περισσότερες μεταλλάξεις συνδέονται ακριβώς με το φαινόμενο της υπανάπτυξης.

Μια ανάλυση προσαρμογών έδειξε ότι επιτρέπουν στους οργανισμούς να επιβιώσουν μόνο υπό ορισμένες συνθήκες. Αυτό μπορεί να γίνει κατανοητό ακόμη και με την ανάλυση των παραδειγμάτων που δώσαμε. Όταν κόβονται οι σημύδες, οι ελαφριές πεταλούδες γίνονται εύκολη λεία για τα πουλιά. Τα ίδια πουλιά που εμφανίστηκαν κάτω από τα νησιά καταστρέφουν έντομα με μειωμένα φτερά. Αυτά τα γεγονότα δείχνουν ήδη ότι η φυσική κατάσταση δεν είναι απόλυτη, αλλά σχετική.

Στοιχεία για την εξέλιξη του οργανικού κόσμου.

Ο Δαρβινισμός είναι από καιρό ένα γενικά αποδεκτό δόγμα. Είναι από τις κατώτερες δαρβινικές ιδέες που μπορούν να εξηγηθούν όλοι οι ιστορικοί μετασχηματισμοί του οργανικού κόσμου στη Γη.

Στα τέλη του 19ου αιώνα, όταν ο αριθμός των υποστηρικτών των εξελικτικών διδασκαλιών του Καρόλου Δαρβίνου ήταν λιγότεροι από τους αντιπάλους, οι οπαδοί του Καρόλου Δαρβίνου άρχισαν να συλλέγουν στοιχεία για την ύπαρξη της εξέλιξης του οργανικού κόσμου.

Εργασίες προς αυτή την κατεύθυνση έγιναν στους τομείς της παλαιοντολογίας, της συγκριτικής μορφολογίας, της συγκριτικής ανατομίας, της εμβρυολογίας, της βιογεωγραφίας, της βιοχημείας κ.λπ.

Παλαιοντολογικά ευρήματα ως απόδειξη της εξέλιξης.

Κατά τη διάρκεια της ύπαρξης της επιστημονικής βιολογίας, έχουν συσσωρευτεί πολυάριθμα παλαιοντολογικά ευρήματα εξαφανισμένων φυτών και ζώων. Αυτά τα ευρήματα έγιναν ιδιαίτερα πολύτιμα όταν οι επιστήμονες έμαθαν να προσδιορίζουν την ηλικία των κοιτασμάτων στα οποία βρέθηκαν. Ήταν δυνατό όχι μόνο να αποκατασταθεί η εμφάνιση των απολιθωμάτων, αλλά και να υποδειχθεί η εποχή που ζούσαν στον πλανήτη μας. Έτσι βρέθηκαν τα υπολείμματα από φτέρες σπόρων, που ήταν μια ενδιάμεση μορφή μεταξύ φτέρων και φυτών σπόρων. Ανακαλύφθηκε ένας στεγοκέφαλος - μια ενδιάμεση μορφή μεταξύ ψαριών και αμφίβιων. Από τα κοιτάσματα της Πέρμιας είναι γνωστή η σαύρα με δόντια ζώων, η οποία είναι μια ενδιάμεση μορφή μεταξύ ερπετών και θηλαστικών. Υπάρχουν πολλά άλλα τέτοια παραδείγματα.

Συγκριτικά μορφολογικά και εμβρυολογικά στοιχεία εξέλιξης.

Οι συγκριτικές μορφολογικές αποδείξεις βασίζονται σε έννοιες: αναλογία και ομολογία οργάνων, στην έννοια των βασικών στοιχείων και των αταβισμών. Ιδιαίτερα πολύτιμα στη διαδικασία απόδειξης της εξέλιξης είναι η ομολογία, τα βασικά στοιχεία και οι αταβισμοί.

Παραδείγματα ομόλογων οργάνων περιλαμβάνουν τα πρόσθια άκρα των σπονδυλωτών. πατούσες βατράχων, σαύρες, φτερά πουλιών, βατραχοπέδιλα υδρόβιων θηλαστικών, πόδια τυφλοπόντικων, ανθρώπινα χέρια. Όλα έχουν ένα ενιαίο δομικό σχέδιο και αποτελούν ένα εξελικτικό-μορφολογικό γένος. Τέτοια ξεκάθαρα στοιχεία εξέλιξης περιλαμβάνουν την παρουσία στην ανθρώπινη φυλή «ανθρώπων με ουρά» και ανθρώπων των οποίων η γραμμή των μαλλιών καλύπτει ολόκληρη την επιφάνεια του σώματος.

Ένα από τα κύρια στοιχεία της εξέλιξης θεωρείται ότι είναι οι πληροφορίες σχετικά με την εμβρυϊκή ανάπτυξη των οργανισμών, οι οποίες συνέβαλαν στην εμφάνιση μιας νέας κατεύθυνσης στη βιολογία - της εξελικτικής βιολογίας. Υπέρ της εξέλιξης είναι ήδη το γεγονός ότι όλα τα πολυκύτταρα ζώα στην εμβρυϊκή τους ανάπτυξη έχουν βλαστικά στρώματα, από τα οποία σχηματίζονται διάφορα όργανα με διαφορετικούς τρόπους. Το έμβρυο στην ανάπτυξή του, λες, «θυμάται» τα στάδια που πέρασαν οι πρόγονοί του.

Στοιχεία για την εξέλιξη από την οικολογία και τη γεωγραφία.

Βιοχημικά στοιχεία για την εξέλιξη.

Μια εντυπωσιακή απόδειξη της εξέλιξης είναι η παρουσία ενός και μόνο κληρονομικού υλικού - DNA και η ικανότητα διαφορετικών ομάδων οργανισμών να «ενεργοποιούν» διαφορετικά μέρη του γονιδιώματος στη διαδικασία της ζωής!

Οι κύριες κατευθύνσεις της εξελικτικής διαδικασίας.

Η διαδικασία της εξέλιξης συνεχίζεται συνεχώς υπό το πρόσημο της προσαρμογής των οργανισμών στο περιβάλλον.

Οι κύριες κατευθύνσεις της εξελικτικής διαδικασίας πρέπει να θεωρούνται η βιολογική πρόοδος, η βιολογική σταθεροποίηση, η βιολογική παλινδρόμηση.

Σαφείς ορισμοί αυτών των φαινομένων δόθηκαν από τον A. N. Severtsov.

Βιολογική πρόοδος σημαίνει αύξηση της προσαρμοστικότητας ενός οργανισμού στο περιβάλλον του, που οδηγεί σε αύξηση του αριθμού και ευρύτερη κατανομή ενός δεδομένου είδους στο διάστημα. Ένα παράδειγμα βιολογικής προόδου είναι η εξέλιξη του αναπνευστικού συστήματος από την αναπνοή των βραγχίων στην πνευμονική αναπνοή. Ήταν αυτή η διαδικασία που οδήγησε στην κατάκτηση του χερσαίου και εναέριου χώρου από τα ζώα.

Σύμφωνα με τον A.N. Severtsov, βιολογική σταθεροποίηση σημαίνει διατήρηση της φυσικής κατάστασης του σώματος σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο. Το σώμα αλλάζει ανάλογα με τις αλλαγές στο περιβάλλον. Οι αριθμοί του δεν αυξάνονται, αλλά ούτε και μειώνονται.

Στα φυτά, με τη μείωση της μέσης ετήσιας θερμοκρασίας, αυξάνεται ο αριθμός των καλυπτικών τριχών της επιδερμίδας. Αυτό το φαινόμενο επιτρέπει σε όλα τα άτομα να επιβιώσουν, αλλά δεν υπάρχει κανένα πλεονέκτημα μεταξύ των άλλων ειδών, γιατί δείχνουν την ίδια αντίδραση.

Η βιολογική πρόοδος έχει τη μεγαλύτερη σημασία στην εξέλιξη, επομένως, στη βιολογία, δίνεται μεγάλη προσοχή στη μελέτη της βιολογικής προόδου.

Οι αρωματοποιήσεις και η ιδεοπροσαρμογή θεωρούνται οι κύριες κατευθύνσεις της βιολογικής προόδου· μεταξύ άλλων κατευθύνσεων βιολογικής προόδου μπορεί κανείς να ονομάσει και γενικό εκφυλισμό.

Οι αρωματικές φάσεις είναι προσαρμοστικές αλλαγές στις οποίες υπάρχει επέκταση των συνθηκών διαβίωσης που σχετίζονται με επιπλοκές της οργάνωσης και αύξηση της ζωτικής δραστηριότητας. Κλασικό παράδειγμα αρωματισμού πρέπει να θεωρηθεί η βελτίωση των πνευμόνων σε πτηνά και θηλαστικά, ο πλήρης διαχωρισμός αρτηριακού και φλεβικού αίματος στην καρδιά πτηνών και θηλαστικών, ο διαχωρισμός λειτουργιών σε πλαστίδια ανώτερων φυτών.

Οι ιδεολογικές προσαρμογές είναι κατευθύνσεις στην εξέλιξη στις οποίες ορισμένες προσαρμογές αντικαθίστανται από άλλες που είναι βιολογικά ισοδύναμες με αυτές. Οι ιδεολογικές προσαρμογές, σε αντίθεση με τις αρωματοποιίες, είναι ιδιωτικής φύσης. Ένα παράδειγμα ιδεολογικών προσαρμογών είναι η εξέλιξη της στοματικής συσκευής των εντόμων, η οποία διαμορφώθηκε για να ταιριάζει στο περιβάλλον και τη συνεξέλιξη.

Γενικός εκφυλισμός - προσαρμοστικές αλλαγές στους ενήλικους απογόνους, στους οποίους μειώνεται η συνολική ενέργεια της ζωτικής δραστηριότητας. Αναφέρεται στις κατευθύνσεις της βιολογικής προόδου γιατί η μείωση κάποιων οργάνων που συμβαίνουν κατά τον εκφυλισμό συνοδεύεται από την αντισταθμιστική ανάπτυξη άλλων οργάνων. Έτσι, στα ζώα των σπηλαίων και των υπόγειων ζώων, η μείωση των οργάνων της όρασης συνοδεύεται από την αντισταθμιστική ανάπτυξη άλλων αισθητηρίων οργάνων.

Human Origins.

Στην ανθρωπολογία, υπάρχουν πολλές απόψεις για το πότε απομονώθηκε ο ανθρώπινος κλάδος. Σύμφωνα με μια υπόθεση, πριν από περίπου 10 εκατομμύρια χρόνια, οι πίθηκοι χωρίστηκαν σε τρία είδη. Ένα είδος - οι πραγκόριλες - πήγε στα ορεινά δάση, όπου αρκέστηκαν σε χορτοφαγική τροφή. Ένα άλλο είδος - ο προχιμπατζής - επέλεξε έναν ομαδικό τρόπο ζωής. Η κύρια τροφή γι' αυτόν ήταν μαϊμούδες μικρών ειδών. Το τρίτο είδος - το προανθρώπινο - προτιμούσε το κυνήγι στην πλούσια ζωή της σαβάνας. Αυτός ήταν ο κλάδος που οδήγησε στον σύγχρονο άνθρωπο.

Σύμφωνα με τη σύγχρονη υπόθεση που προτάθηκε από τον Tim Vyton, έναν ανθρωπολόγο στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, μόλις πριν από πέντε εκατομμύρια χρόνια, οι κλάδοι του πρωτοανθρώπου και του πιθήκου χωρίστηκαν. Ο Timan White πιστεύει ότι ο Australopithecus ramidus, που εμφανίστηκε εκείνη την εποχή, ανάλογα με τις περιστάσεις, κινούνταν είτε σε τέσσερα είτε σε δύο άκρα. Και πιθανότατα πέρασαν εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια προτού το μικτό κίνημα αντικατασταθεί από τον διποδισμό.

Πριν από περίπου τρία εκατομμύρια χρόνια, ο κλάδος του ανθρώπου έδωσε δύο γραμμές ανάπτυξης. Ο ένας από αυτούς οδήγησε σε έναν ολόκληρο γαλαξία από όρθια είδη Australopithecus, ενώ ο άλλος οδήγησε στην εμφάνιση ενός νέου γένους, που ονομάζεται Homo.

Γενική βιολογία.

Επίδομα εισαγωγής στα πανεπιστήμια.

Συντάχθηκε από: Galkin M. A.

Το εγχειρίδιο παρουσιάζει υλικό για το μάθημα της γενικής βιολογίας, που κυμαίνεται από τη θεωρία της προέλευσης της ζωής στη γη έως το δόγμα της βιόσφαιρας.

Το εγχειρίδιο έχει σχεδιαστεί για υποψήφιους, μαθητές γυμνασίου, φοιτητές προπαρασκευαστικών μαθημάτων και τμημάτων.

Πρόλογος.

Το εγχειρίδιο καταρτίζεται σύμφωνα με το πρόγραμμα για τους αιτούντες σε πανεπιστήμια της Ρωσικής Ομοσπονδίας, όπου η βιολογία είναι ένα γενικό μάθημα.

Ο σκοπός αυτού του εγχειριδίου είναι να βοηθήσει τον υποψήφιο να προετοιμαστεί για τις εισαγωγικές εξετάσεις. Σε αυτό διαφέρει από το σχολικό εγχειρίδιο «Γενική Βιολογία», που έχει γνωστικό χαρακτήρα.

Κατά τη σύνταξη του εγχειριδίου, πρώτα απ 'όλα, λήφθηκαν υπόψη οι απαιτήσεις για εισαγωγικές εξετάσεις. Αυτό ισχύει τόσο για το περιεχόμενο όσο και για τον όγκο του υλικού που δίνεται στο εγχειρίδιο.

Το επίδομα απευθύνεται σε υποψήφιους που έχουν ολοκληρώσει τη δευτεροβάθμια εκπαίδευση ή σπουδάζουν γενική βιολογία στα προπαρασκευαστικά τμήματα.

Το εγχειρίδιο δεν περιλαμβάνει κάποιες ενότητες που παραδοσιακά θεωρούνται στο μάθημα «Γενική Βιολογία». Αυτά είναι η "Δομή των κυττάρων", η "Διαίρεση των κυττάρων", η "Φωτοσύνθεση".

Το υλικό σε αυτές τις ενότητες περιγράφεται λεπτομερώς στο εγχειρίδιο για τους αιτούντες σε πανεπιστήμια που συντάχθηκε από τον Galkin M.A.

Όλα τα σχόλια και οι προτάσεις σχετικά με τη μορφή και το περιεχόμενο του εγχειριδίου θα γίνονται δεκτά με ευγνωμοσύνη.

Χειροκίνητος μεταγλωττιστής.