§ 19. Разнообразието от организми. Клетъчни и не-клетъчни форми на живот

Живият свят е изпълнен със замайващ набор от живи същества. Повечето организми се състоят само от една клетка и не се виждат с просто око. Много от тях стават видими само под микроскоп. Други, като заека, слон или бор, както и хора, са съставени от много клетки, а тези многоклетъчни организми обитават целия ни свят в голям брой.

Сгради на живот

Структурните и функционалните единици на всички живи организми са клетки. Те се наричат ​​и градивните елементи на живота. Всички живи организми се състоят от клетки. Тези структурни звена са открити от Робърт Хуке през 1665 г. При хората има около сто трилиона клетки. Размерът на едната е около десет микрометра. Клетката съдържа клетъчни органели, които контролират нейната активност.

Има едноклетъчни и многоклетъчни организми. Първите се състоят от една клетка, например бактерии, като последните включват растения и животни. Броят клетки зависи от типа. Размерът на повечето растителни и животински клетки е между една и сто микрометра, така че те са видими под микроскоп.

Едноклетъчни организми

Тези малки същества се състоят от една клетка. Амоевите и клеатите са най-старите форми на живот, които съществуват преди около 3,8 милиона години. Бактериите, археите, протозоите, някои водорасли и гъбички са основните групи от едноклетъчни организми. Има две основни категории: прокариоти и еукариоти. Те също се различават по размер.

Най-малките са около триста нанометра, а някои могат да достигнат размери до двадесет сантиметра. Такива организми обикновено имат резени и фрагменти, които им помагат да се движат. Те имат просто тяло с основни функции. Възпроизвеждането може да бъде както несексуално, така и сексуално. Храната обикновено се извършва в процеса на фагоцитоза, където частиците на храната се абсорбират и съхраняват в специални вакуоли, които се намират в тялото.

Многоклетъчни организми

Живите същества, състоящи се от повече от една клетка, се наричат ​​многоклетъчни. Те се състоят от единици, които са идентифицирани и прикрепени една към друга, образуващи сложни многоклетъчни организми. Повечето от тях се виждат с невъоръжено око. Организми като растения, някои животни и водорасли, изглеждат от една клетка и се превръщат в многокомпонентни организации. И двете категории живи същества, прокариоти и еукариоти могат да проявяват многоклетъчност.

Механизми на многоклетъчност

Има три теории за обсъждане на механизмите, чрез които може да възникне многоклетъчност:

• Симбиотичната теория гласи, че първата клетка на многоклетъчен организъм възниква поради симбиозата на различни едноклетъчни видове, всеки от които изпълнява различни функции.
• Синцициалната теория твърди, че многоклетъчният организъм не може да е еволюирал от едноклетъчни същества с няколко ядра. Такива най-прости като клейатите и мукозните гъби имат няколко ядра, като по този начин подкрепят тази теория.
• Колониалната теория твърди, че симбиозата на много организми от същия вид води до еволюцията на многоклетъчен организъм. Той е предложен от Хекел през 1874 г. Повечето многоклетъчни образувания се дължат на факта, че клетките не могат да се разделят след процеса на разделяне. Примери в подкрепа на тази теория са водораслите Volvox и Eudorin.

Предимствата на многоклетъчността

Кои организми - многоклетъчни или едноклетъчни - имат повече предимства? Този въпрос е доста труден за отговор. Многоклетъчността на организма позволява да се превишат границите на размера, увеличава сложността на организма, което му позволява да разграничи многобройни клетъчни линии. Възпроизвеждането се извършва предимно чрез секс. Анатомията на многоклетъчните организми и процесите, които се случват в тях, са доста сложни поради наличието на различни видове клетки, които контролират препитанието си. Вземете например разделение. Този процес трябва да бъде точен и добре координиран, за да се предотврати ненормалния растеж и развитие на многоклетъчен организъм.

Примери за многоклетъчни организми

Както беше споменато по-горе, многоклетъчните организми са от два вида: прокариоти и еукариоти. Първият е главно бактериите. Някои цианобактерии, като чара или спирогира, също са многоклетъчни прокариоти, понякога наричани също колониални. Повечето еукариотни организми също се състоят от много единици. Те имат добре развита структура на тялото и имат специални органи за изпълнение на определени функции. Най-добре развитите растения и животни са многоклетъчни. Примерите са практически всички видове гимнастици и ангиосперми. Почти всички животни са многоклетъчни еукариоти.

Характеристики и признаци на многоклетъчни организми

Има множество признаци, чрез които лесно може да се определи дали организмът е многоклетъчен или не. Могат да бъдат идентифицирани следните:

• Те имат доста сложна организация на тялото.
• Специализираните функции се извършват от различни клетки, тъкани, органи или органи.
• Разделението на труда в тялото може да бъде на клетъчно ниво, на нивото на тъканите, органите и нивото на органите.
• Това са предимно еукариоти.
• Наранявания или смърт на някои клетки в световен мащаб не засягат тялото: засегнатите клетки ще бъдат заменени.
• Благодарение на многоклетъчната си тяга може да достигне големи размери.
• В сравнение с едноклетъчния, те имат по-дълъг жизнен цикъл.
• Основният вид възпроизвеждане е сексуален.
• Диференцирането на клетките е характерно само за многоклетъчните.

Как се развиват многоклетъчните организми?

Всички същества, от малки растения и насекоми до големи слонове, жирафи и дори хора, започват пътуването си като единични прости клетки, наречени оплодени яйца. За да се превърнат в голям възрастен организъм, те преминават през няколко специфични етапа на развитие. След оплождането на яйцето започва процесът на многоклетъчно развитие. По време на пътуването се наблюдава растеж и множествено разделение на отделни клетки. Тази репликация в крайна сметка създава крайния продукт, който е сложен, напълно оформен живот.

Разделянето на клетките създава редица сложни модели, определени от геноми, които са почти идентични във всички клетки. Това разнообразие води до генна експресия, която контролира четирите етапа на развитие на клетките и ембриона: разпространение, специализиране, взаимодействие и движение. Първата включва репликацията на много клетки от един източник, втората е свързана със създаването на клетки с избрани, дефинирани характеристики, третата включва разпределението на информация между клетките, а четвъртата е отговорна за поставянето на клетки в тялото, за да се образуват органи, тъкани, кости и други физическите характеристики на развитите организми.

Няколко думи за класирането

Сред многоклетъчните същества има две големи групи:

• безгръбначни (гъби, ангели, артроподи, мекотели и други);
• акорд (всички животни, които имат аксиален скелет).

Важен етап в цялата история на планетата е появата на многокласност в процеса на еволюционно развитие. Това е мощен тласък за увеличаване на биологичното разнообразие и неговото по-нататъшно развитие. Основната характеристика на многоклетъчния организъм е ясното разпределение на клетъчните функции, отговорностите, както и установяването и установяването на стабилни и силни контакти между тях. С други думи, това е голяма колония от клетки, която е в състояние да поддържа фиксирана позиция през жизнения цикъл на едно живо същество.

   Назад напред

Внимание! Визуализация на слайдовете се използва само за информационни цели и може да не дава представа за всички възможности за представяне. Ако се интересувате от тази работа, моля, изтеглете пълната версия.

Всички живи организми се разделят на броя клетки: едноклетъчни и многоклетъчни.

Едноклетъчните организми включват: уникални и невидими за незрящите бактерии и протозои.

бактериимикроскопични едноклетъчни организми с размер от 0,2 до 10 микрона. Тялото на бактериите се състои от една клетка. В бактериалните клетки няма ядро. Сред бактериите са подвижни и неподвижни форми. Премества се с една или повече фланела. Клетките са разнообразни по форма: сферични, пръчковидни, сплескани, под формата на: спирали, запетая.

бактериинамерени навсякъде, обитаващи всички местообитания. Най-много от тях са в почвата на дълбочина 3 км. Намира се в прясна и солена вода, на ледниците и в горещите извори. Има много от тях във въздуха, в животните и растенията. Не е изключение и човешкото тяло.

бактериистранни привърженици на нашата планета. Те унищожават сложната органична материя на труповете на животните и растенията, като по този начин допринасят за образуването на хумус. Превръщайте хумуса в минерали. Те асимилират азота от въздуха и обогатяват почвата с него. Бактериите се използват в индустрията: химически (за производството на алкохоли, киселини), в медицинската индустрия (за производство на хормони, антибиотици, витамини и ензими), храна (за производство на ферментирали млечни продукти, очистване на зеленчуци и производство на вино).

Всички протозои  се състои от една клетка (и просто подредена), но тази клетка е цял организъм, водещ до независимо съществуване.

Амеба (микроскопично животно)  подобна на малка (0.1-0.5 mm), безцветна гел-бучка, непрекъснато променяща формата си ("ameba" означава "променлива"). Той се храни с бактерии, водорасли и други протозои.

Калъфче пантоф  (микроскопично животно, тялото му е оформено като обувка) - има продълговато тяло с дължина 0,1-0,3 мм. Тя плува с помощта на реснички, които покриват тялото й, завързана нагоре. Храни се с бактерии.

Еуглена Грийн  - тялото е удължено, с дължина около 0,05 мм. Премества се с флагел. Той се храни като растение в светлината и като животно в тъмното.

амебамогат да бъдат намерени в малки малки езера с леко дъно (със замърсена вода).

Калъфче пантоф  - жителите на резервоари със замърсена вода.

Еуглена Грийн  - живее в езера, замърсени от гниещи листа в локви.

Калъфче пантоф  - почиства езера от бактерии.

След смъртта на най-простите  се образуват варовик (например креда) фураж за други животни. Най-простите патогени на различни заболявания, сред които са много опасни, водещи до смърт.

Концепция система

Учебни задачи:

1. запознаване на студентите с представители на едноклетъчните организми; тяхната структура, хранене, стойност;
2. продължават да формират комуникативни умения, да работят в двойка (група);
3. продължават да формират умения: сравняват, обобщават, правят изводи при изпълнение на задачите (насочени към консолидиране на нов материал).

Вид на урока: Урок за изучаване на нов материал.

Вид на урока: продуктивна (търсене), използване на ИКТ.

Методи и техники

• зрителен - Слайдшоу ("Кралства на дивата природа", "Бактерии", "Протозои");
• вербален  - разговор (указание за разговор); анкета: фронтална, индивидуална; обяснение на новия материал.

Учебни инструменти: Слайдшоута: бактерии, протозои, учебник.

Курс на урока

I. Организация на класа (3 мин.)

II. Домашна работа (1-2 мин.)

III. Актуализиране на знанията (5-10 минути)

(Актуализирането на знанието започва с демонстрация на рисунката на Царството на дивата природа).

Погледни внимателно снимката, кои царства са организмите, показани на картинката? (представяне 16 пързалка 1), (за бактерии, гъбички, животни, растения).

Фиг. 1 Кралство на дивата природа

Колко царства на природата? (4) (Въпросът е зададен, за да се внедрят знанията в системата и да се стигне до диаграмата, слайд 2)

Какви са всички живи организми? (от клетките)

Колко и какви групи могат да бъдат разделени на всички живи организми? (слайд 3), (в зависимост от броя на клетките)

* студентите не могат да назовават представители на едноклетъчни (** най-вероятно те няма да нарекат най-простите, тъй като те все още не са запознати с тях).

IV. Курс на урока (20-25 мин.)

Спомнихме си: царството на природата; и в какви групи се разделят организмите (според броя на клетките), нека направим предположения за това, което ще изучаваме днес. (Студентите изразяват своето мнение, учителят ги насочва и "води" към темата) (слайд 4).

Тема: Едноклетъчни организми

Какво смятате, че е целта на нашия урок? (Предположения на учениците, учителят изпраща, коригира).

Цел:  Въведение в структурата на едноклетъчните организми

За да постигнем нашата цел, ще продължим "Пътуване до земята на бактериите и протозоите" (слайд 6)

(Независима работа на студенти с презентации: "Бактерии" ( представяне 2), "Най-прости" ( представяне 1) съгласно инструкциите на учителя)

(Преди началото на работата се задържа физическият диск на мухата, плъзнете 5)

Таблица 1: Едноклетъчни животни(слайдове 7, 8)

Име едноклетъчно (име: протозоа; бактерии)	Хабитат (къде живеят?)	Храна (кой или какво яде?)	Размер на тялото (в mm)	Стойност (полза, вреда)
бактерии	навсякъде (почва, въздух, вода и т.н.)	повечето бактерии изхранват органичната материя	малки размери; клетките нямат ядро	медиците, подобряват почвеното плодородие, се използват в хранително-вкусовата промишленост, за да се получават лекарства
Най-простият:
амеба	в езерата	бактерии, водорасли, други протозои	0.1-0.5, желатинова бучка	храна за други животни, причинител на болести при хората и животните
Калъфче пантоф	в резервоари	от бактерии	0,1-0,3; подобно на обувката, тялото е покрито с ресни	храна за други животни, почиства езера от бактерии
Най-простият:
Еуглена Грийн	в езера, локви	Той се храни като растение в светлината и като животно в тъмното	0.05, удължено тяло, с флагел	фуражи за други животни

Тази работа е последвана от обсъждане на таблицата (и следователно новия материал, с който момчетата се срещнаха по време на "Пътуване").

(След обсъждане, върнете се към целта, нали?)

(Учениците правят заключения по същия начин като такива едноклетъчни организми ?, плъзгаме 9)

V. Резюме на урока (5 мин.)

Размисъл по въпросите:

• Хареса ли ми урока?
• Кой ми харесва повече да работя с урока?
• Какво разбрах от урока?

Литература:

1. Учебник: А. А. Плешаков, Н. И. Сонин. Nature. Степен 5 - М.: Дрофа, 2006.
2. Hare R.G., Rachkovskaya I.V., Stambrovskaya V.M. Биология. Голяма референция за учениците. - Минск: "Висше училище", 1999 г.

3.2. Възпроизвеждането на организми, неговото значение. Методи на възпроизвеждане, сходство и различие в сексуалното и несемейното възпроизводство. Използването на сексуално и безсмъртно възпроизвеждане в човешката практика. Ролята на мейозата и торенето за осигуряване на постоянство на броя на хромозомите в поколенията. Използване на изкуствено осеменяване в растения и животни.

3.3. Онтогенезата и нейните присъщи закони. Специализация на клетките, образуване на тъкани, органи. Ембрионално и постбрионично развитие на организмите. Живи цикли и редуване на поколенията. Причини за нарушено развитие на организмите.

3.5. Модели на наследственост, тяхната цитологична основа. Моно- и хибридно преминаване. Модели на наследство, установени от Г. Мендел. Свързано наследство на героите, нарушаване на връзките с гени. Законите на Т. Морган. Хромозомна теория на наследствеността. Генетичен етаж. Наследяване на свързаните с пола черти. Генотипът като цялостна система. Развитие на знанията за генотипа. Човешкият геном. Генно взаимодействие. Решението на генетичните проблеми. Преминаване на картографирането. Законите на Г. Мендел и тяхната цитологична основа.

3.6. Променливост на признаците в организмите: модификация, мутации, комбинации. Видове мутации и причините за тях. Стойността на вариабилността в живота на организмите и в еволюцията. Реакционен процент

3.6.1. Променливост, вид и биологично значение.

3.7. Вредните ефекти на мутагени, алкохол, наркотици, никотин върху генетичния апарат на клетката. Защита на околната среда от замърсяване с мутагени. Идентифициране на източниците на мутагени в околната среда (непряко) и оценка на възможните последствия от тяхното влияние върху собственото им тяло. Наследствени човешки заболявания, причините за тях, превенция.

3.7.1. Мутагени, мутагенеза.

3.8. Избор, задачи и практическа стойност. Преподаване на Н.И. Вавилова за центровете на разнообразието и произхода на култивираните растения. Законът за хомоложните серии в наследствената вариабилност. Методи за отглеждане на нови сортове растения, породи животни, щамове на микроорганизми. Стойността на генетиката за разплод. Биологична база за отглеждане на култивирани растения и домашни животни.

3.8.1. Генетика и подбор.

3.8.2. Методи на работа I.V. Michurina.

3.8.3. Центрове за произход на култивирани растения.

3.9. Биотехнологии, клетъчни и генно инженерство, клониране. Ролята на клетъчната теория при формирането и развитието на биотехнологиите. Стойността на биотехнологиите за развитието на развъждането, селското стопанство, микробиологичната индустрия, опазването на генно-басейните на планетата. Етични аспекти на развитието на някои изследвания в областта на биотехнологията (клониране на хора, насочени промени в генома).

3.9.1. Клетъчно и генно инженерство. Биотехнология.

Разнообразни организми: едноклетъчни и многоклетъчни; автотрофни, хетеротрофи.

Едноклетъчни и многоклетъчни организми

Изключителното разнообразие от живи същества на планетата ни принуждава да намерим различни критерии за тяхното класифициране. По този начин те се наричат ​​клетъчни и не-клетъчни форми на живот, тъй като клетките са единица от структурата на почти всички известни организми - растения, животни, гъбички и бактерии, докато вирусите са неклетъчни форми.

В зависимост от броя на клетките, които изграждат тялото и степента на тяхното взаимодействие, се освобождават едноклетъчни, колониални и многоклетъчни организми. Въпреки факта, че всички клетки са морфологично сходни и способни да изпълняват нормални клетъчни функции (метаболизъм, поддържане на хомеостаза, развитие и т.н.), клетките на едноклетъчните организми изпълняват функциите на целия организъм. Клетъчното делене в едноклетъчен тип води до увеличаване на броя на индивидите, а в техния жизнен цикъл няма многоклетъчни етапи. Като цяло, в едноклетъчните организми, клетъчните и организмите нива на организация съвпадат. Едноклетъчната е огромната част от бактериите, част от животни (протозои), растения (някои водорасли) и гъбички. Някои таксономисти дори предлагат да се изолират едноклетъчните организми в специално царство - protists.

колониален  наречени организми, в които в процеса на безплодна репродукция дъщерите остават свързани с майчиния организъм, формирайки повече или по-малко сложна асоциация - колония. В допълнение към колониите на многоклетъчни организми, като например полиалпин, има също колонии от едноклетъчни организми, по-специално водорасли Пандорин и Еудорин. Колониалните организми очевидно са били междинни в процеса на появата на многоклетъчни.

Многоклетъчни организмиНяма съмнение, че те имат по-високо ниво на организация от едноклетъчните, тъй като тялото им е образувано от множество клетки. За разлика от колониалните, които могат да имат повече от една клетка, в многоклетъчните организми, клетките се специализират в извършването на различни функции, което се отразява и в тяхната структура. Цената за тази специализация е загубата на клетките от способността им да съществуват независимо и често да възпроизвеждат собствения си вид. Разделянето на една клетка води до растежа на многоклетъчен организъм, но не и до възпроизвеждането му. Онтогенността на многоклетъчните организми се характеризира с процеса на натрошаване на оплоденото яйце в множество бластомерни клетки, от които се образува организъм с диференцирани тъкани и органи. Многоклетъчните организми обикновено са по-големи от едноклетъчните организми. Увеличаването на размера на тялото по отношение на тяхната повърхност допринесе за усложняването и подобряването на метаболитните процеси, образуването на вътрешната среда и в крайна сметка им осигури по-голяма устойчивост към влиянията на околната среда (хомеостаза). По този начин, многоклетъчните имат редица предимства в организацията в сравнение с едноклетъчните и представляват качествен скок в процеса на еволюцията. Малко бактерии са многоклетъчни, повечето растения, животни и гъбички.

Автотрофни и хетеротрофни

Според метода на хранене, всички организми са разделени на автотрофи и хетеротрофи. Автоотропите могат независимо да синтезират органични вещества от неорганични вещества, докато хетеротрофите използват изключително приготвени органични вещества.

Някои автотрофове могат да използват светлинна енергия за синтеза на органични съединения - такива организми се наричат ​​фотоавтотрофи, те са способни на фотосинтеза. Снимките автотрофни са растения и част от бактериите. Хемоавтотрофите, които извличат енергия чрез окисляването на неорганични съединения в процеса на химиосинтеза, са тясно свързани с тях - това са някои бактерии.

saprotroph  наречени хетеротрофни организми, които се хранят с органични остатъци. Те играят важна роля в разпространението на веществата в природата, тъй като осигуряват завършването на съществуването на органични вещества в природата, разлагайки ги на неорганични. Така сапротрофите участват в образуването на почвата, пречистването на водата и т.н. Сапротрофите включват много гъби и бактерии, както и някои растения и животни.

Вируси - не-клетъчни форми на живот

Вирусни характеристики

Заедно с клетъчната форма на живот, съществуват и не-клетъчни форми на това - вируси, вироиди и приони. Вирусите (от Lat Vira - отрова) се наричат ​​най-малките живи обекти, неспособни да проявят признаци на живот извън клетките. Фактът на съществуването им е доказан през 1892 г. от руския учен Д. Ивановски, който установи, че болестта на тютюневите растения - така наречената тютюнева мозайка - е причинена от необичаен патоген, който преминава през бактериални филтри (Фигура 3.1), но едва през 1917 г. "Еррел разкрива първия вирус - бактериофаг, вирусите се изучават от науката за вирусологията (от латински вирус - отрова и гръцки, Логос - думата, науката).

В днешно време вече са известни около 1000 вируси, които са класифицирани според предметите на увреждане, форма и други признаци, но най-честата е класификацията според характеристиките на химичния състав и структурата на вирусите.

За разлика от клетъчните организми, вирусите се състоят само от органични вещества - предимно нуклеинови киселини и протеини, но някои вируси съдържат също липиди и въглехидрати.

Всички вируси са условно разделени на прости и сложни. Простите вируси се състоят от нуклеинова киселина и протеинова обвивка - капсидът. Капсидът не е монолитен, той се сглобява от белтъчните субединици - капсомерите. При сложни вируси капсидът се покрива с липопротеинова мембрана - суперсакапсид, който също съдържа гликопротеини и неструктурни ензимни протеини. Най-сложната структура са бактериалните вируси - бактериофагите (от гръцки, бактерионови и фаго-ядрени), които имат глави и процеси или "опашка". Главата на бактериофага се образува от белтъчен капсид и затворена в него нуклеинова киселина. В опашката има белтъчна торбичка и вътре в нея е скрит прът. В долната част на пръчката има специална плоча с шипове и нишки, отговорни за взаимодействието на бактериофага с клетъчната повърхност.

За разлика от клетъчни форми на живот, в който има ДНК, така и РНК в вируси присъства само един вид на нуклеинова киселина (или ДНК или РНК), така че те са разделени на ДНК вируси на шарка, херпес симплекс, аденовирус, някои вируси на хепатит и бактериофаги) и вируси, съдържащи РНК (вируси на тютюневите мозайки, ХИВ, енцефалит, морбили, рубеола, бяс, грип, други хепатитни вируси, бактериофаги и др.). При някои вируси ДНК може да бъде представена от молекула с единична верига, а РНК - от двойноверижна.

Тъй като вирусите нямат органели на движение, инфекцията настъпва чрез директен контакт на вируса с клетката. Това се случва главно чрез въздушни капчици (грип), чрез храносмилателната система (хепатит), кръв (ХИВ) или транспортер (енцефалитен вирус).

Директно в клетъчни вируси може да падне случайно, с флуида да се абсорбира от пиноцитоза, но често предхожда проникването им в контакт с мембраната SP-в клетки, в които нуклеиновата киселина на вируса или вирусната частица е всичко в цитоплазмата. Повечето вируси не могат да проникнат всяка клетка гостоприемник, и по-точно определена, например, хепатитни вируси засягат чернодробни клетки и грипния вирус - мукозни клетки на горните дихателни пътища, тъй като те са способни да взаимодействат със специфични протеинови рецептори върху kletki мембранната повърхност домакин, които отсъстват в други клетки.

Поради факта, че растенията, бактериите и гъбите имат силни клетъчни стени, вирусите, които заразяват тези организми, формират подходящите адаптации към проникването. Така, бактериофагите, след взаимодействие с повърхността на клетката-гостоприемник, "пробиват" ядрото си и инжектират нуклеиновата киселина в цитоплазмата на клетката гостоприемник (Фигура 3.2). При гъбичките инфекцията възниква главно при повреда на клетъчните стени, при растенията е възможно и гореспоменатият път, както и проникването на вируса през плазмодерма.

След проникването в клетката се получава "стрипиране" на вируса, т.е. загубата на капсида. Какво се случва след това зависи от естеството на нуклеиновата киселина на вируса: вирусите ДНК-съдържащи добавят нейната ДНК в генома на гостоприемната клетка (бактериофаг), и РНК или първата синтезирани ДНК, която след това се интегрира в клетка гостоприемник геном (HIV) или тя може директно протеинов синтез (грипен вирус). Възпроизвеждането на вирусната нуклеинова киселина и синтезата на капсидните протеини, използвайки апаратурата за синтезиране на протеини на клетката, са основни компоненти на вирусната инфекция, след което се извършва самосглобяването на вирусните частици и те напускат клетката. В някои случаи, вирусните частици напускат клетката, постепенно otbechkovyv от нея, а в други случаи има microexplosion, придружен от клетъчна смърт.

Вирусите не само възпрепятстват синтеза на собствените си макромолекули в клетката, но също така могат да причинят увреждане на клетъчните структури, особено по време на масовия изход от клетката. Това се получава, например, масивна загуба на промишлени млечнокисели бактерии култури в случай на поражението някои бактериофаги, разстройства имунитет поради разрушаването на лимфоцитите на HIV Т4, които са един от централните части на защитните сили на организма, многобройни кръвоизлив и загубата на живот в резултат от инфекция с Ебола, за клетъчно прераждане и образуване на рак и т.н.

Въпреки факта, че вирусите, които са проникнали в клетката, често бързо потискат ремонтните си системи и причиняват смърт, е възможно и друг сценарий - активиране на защитните сили на организма, свързани със синтеза на антивирусни протеини, като интерферон и имуноглобулини. В този случай възпроизвеждането на вируса се прекъсва, не се образуват нови вирусни частици и остатъците от вируса се отстраняват от клетката.

Вирусите причиняват множество заболявания при хора, животни и растения. В растенията това е мозайката на тютюна и лалетата, при хората - грип, рубеола, морбили, СПИН и т.н. В историята на човечеството вирусите на едрия рогат добитък "испанците" и сега ХИВ са убили стотици милиони хора. Инфекцията обаче може също да увеличи устойчивостта на тялото към различни патогени (имунитет) и по този начин да допринесе за техния еволюционен напредък. Освен това, вирусите могат да "грабнат" части от генетичната информация на гостоприемната клетка и да ги прехвърлят на следващата жертва, като по този начин осигуряват така наречения хоризонтален генен трансфер, образуването на мутации и в крайна сметка доставянето на материал за еволюционния процес.

Днес вирусите се използват широко при изучаване на структурата и функциите на генетичния апарат, както и на принципите и механизмите за прилагане на наследствената информация, те се използват като инструмент за генно инженерство и биологичен контрол на патогени на някои болести по растенията, гъбите, животните и хората.

СПИН и ХИВ заболяване

ХИВ (вирусът на човешката имунна недостатъчност) е открит едва в началото на 80-те години на ХХ век, но скоростта на разпространение на болестта, причинена от нея и невъзможността да се лекува на този етап в развитието на медицината, налагат да се обърне повече внимание на нея. През 2008 г. Ф. Баре-Синуси и Л. Монтание получиха Нобелова награда за физиология и медицина за изследване на ХИВ.

ХИВ е сложен РНК-съдържащ вирус, който засяга предимно Т4 лимфоцити, които координират работата на цялата имунна система (Фигура 3.3). РНК на вируса се синтезира от ензимната РНК-зависима ДНК полимераза (обратна транскриптаза), която се вмъква в генома на клетката гостоприемник, се трансформира в провирус и се скрива за неопределено време. Впоследствие започва да се чете информация за вирусна РНК и протеини, които се събират във вирусни частици и почти едновременно се оставят, осъждайки се до смърт, от този ДНК сегмент. Вирусните частици заразяват всички нови клетки и водят до намаляване на имунитета.

ХИВ инфекцията има няколко етапа, с продължителен период от време човек може да бъде носител на заболяването и да зарази други хора, но независимо от продължителността на този период, все още се случва последният етап, който се нарича синдром на придобита имунна недостатъчност или СПИН.

Болестта се характеризира с намаляване, а след това пълна загуба на имунитета на организма спрямо всички патогени. Симптомите на СПИН са хронични лезии на лигавиците на устата и кожата, патогени на вирусни и гъбични заболявания (херпес, дрожди и др.), Тежка пневмония и други заболявания, свързани със СПИН.

ХИВ се предава сексуално, чрез кръв и други телесни течности, но не се предава чрез ръкостискане и ежедневни обекти. За първи път в нашата страна, ХИВ инфекция е свързано с все по-нечетлив ^ полов акт, най-вече хомосексуалист, инжекционната употреба на наркотици, преливане на заразена кръв, в днешно време, епидемията се е преместило извън високорискови групи и бързо и в други категории от населението.

Основното средство за предотвратяване на разпространението на ХИВ инфекцията е използването на презервативи, дискриминация по отношение на сексуалността и неупотреба на наркотици.

Мерки за предотвратяване разпространението на вирусни заболявания

Основните средства за профилактика на вирусни заболявания при човека носи марля превръзка в контакт с пациентите респираторни заболявания, измиване на ръцете плодове и зеленчуци, офорт местообитания вектори на вирусни заболявания, ваксинация срещу кърлежи енцефалит, стерилизация на медицински инструменти в болници и други. За да се избегне инфекция ХИВ трябва също така да спре употребата на алкохол, наркотици, да има единствен сексуален партньор, да използва лични предпазни средства за сексуални действия контакти и др.

вироиди

Вируси (от латински вирус - отрова и гръцки. Eidos - форма, тип) - това са най-малките патогени на болести по растенията, които включват само РНК с ниско молекулно тегло.

Техните нуклеинови киселини вероятно не кодират свои собствени протеини, но се възпроизвеждат само в клетките на приемното растение, използвайки ензимните си системи. Често той може също да изреже ДНК на клетката гостоприемник на няколко парчета, като по този начин обрече клетката и растението като цяло до смърт. Така че преди няколко години вироидите са убили милиони кокосови палми във Филипините.

приони

Prions (съкратено, Proteinaceous infectious and -on) са малки инфекциозни агенти с протеинова природа, които имат формата на нишка или кристал.

Същият състав на протеините е в нормалната клетка, но прионите имат специална третична структура. Когато влизат в тялото с храна, те помагат на съответните "нормални" белтъци да придобият структурата, която е подходяща за самите приони, което води до натрупване на "абнормни" протеини и недостиг на нормални протеини. Естествено, това причинява дисфункция на тъканите и органите, особено на централната нервна система, и развитието на понастоящем нелечими болести: "болест на лудите крави", болест на Creutzfeldt-Jacob, kuru и др.

3.2. Възпроизвеждането на организми, неговото значение. Методи на възпроизвеждане, сходство и различие в сексуалното и несемейното възпроизводство. Използването на сексуално и безсмъртно възпроизвеждане в човешката практика. Ролята на мейозата и торенето за осигуряване на постоянство на броя на хромозомите в поколенията. Използване на изкуствено осеменяване в растения и животни.

Възпроизвеждането на организми, неговото значение

Способността на организмите да възпроизвеждат собствения си вид е едно от основните свойства на живите. Въпреки факта, че животът като цяло е непрекъснат, продължителността на живота на индивида е ограничена, така че прехвърлянето на наследствена информация от едно поколение на друго, когато се възпроизвежда, осигурява оцеляването на този тип организъм за дълги периоди от време. По този начин възпроизводството осигурява непрекъснатостта и непрекъснатостта на живота.

Задължително условие за размножаване е да се получат повече потомци от родителите, тъй като не всички потомци ще могат да живеят до този етап на развитие, при който ще могат да раждат, тъй като те могат да бъдат унищожени от хищници, умират от болести и природни бедствия като пожари, наводнения и др.

Методи на възпроизвеждане, прилика и разлика между сексуално и безплодно възпроизводство

В природата съществуват два основни начина на възпроизводство - безсрамни и сексуални.

Асексуалното възпроизвеждане е начин на възпроизводство, при който не се осъществява нито образуване, нито смесване на специализирани зародишни клетки - гамета, а само един родителски организъм участва в него. Основата на асексуалното възпроизвеждане е митотичното клетъчно делене.

В зависимост от това колко клетки от майчиния организъм пораждат нов индивид, асексуалното възпроизводство се разделя на самата несемейна и вегетативна. При неестествено възпроизвеждане дъщерята се развива от една клетка на майчиния организъм и с вегетативно, от група клетки или цял орган.

В природата съществуват четири основни вида безсмъртни репродукции: двойно разделение, множествено разделение, спорулация и простичко израстване.

Двоичното деление е по същество просто митотично разделение на едноклетъчен майчин организъм, в който ядрото първо се дели, а след това и цитоплазмата. Той е характерен за различни представители на растителните и животинските царства, като например амеба на протеаза и кълвачите на обувката.

Множествено разделение или шизогонност се предхожда от повторно разделяне на ядрото, след което цитоплазмата се разделя на подходящ брой фрагменти. Този вид асексуално възпроизводство се среща при едноклетъчни животни - спорозои, например при малария плазмодиум.

Много растения и гъби в жизнения цикъл на образуването на спори - едноклетъчни специализирани формации, съдържащи хранителни вещества и покрити с плътна защитна обвивка. Спорите се разпространяват чрез вятър и вода и при благоприятни условия покълват, като пораждат нов многоклетъчен организъм.

Типичен пример за възбуждане като вид асексуално възпроизводство е надигането на дрожди, при което на повърхността на майчината клетка се появява малка изпъкналост, след което се премества едно от ядрото, след което се отстранява новата клетка. Това запазва способността на майчината клетка да се дели и броят на индивидите бързо се увеличава.

Вегетативната репродукция може да се извърши под формата на разяждане, фрагментация, полиневробриони и т.н. Когато възбуждат, хидра образува издатина на стената на тялото, която постепенно се увеличава по размер, а устният отвор, заобиколен от пипала, избухва в предния край. Тя завършва с образуването на малка хидра, която след това се отделя от майчиния организъм. Учудването също е характерно за редица коралови полипи и анилиди.

Фрагментацията се придружава от разделянето на тялото на две или повече части и от всеки развива пълноправни индивиди (медузи, анемони, плоски и анилидни, бодлокожи).

При полимембрион, образуваният ембрион, включително и резултатът от торенето, се разделя на няколко ембриони. Това явление се среща редовно в армидолози, но може да се случи и при хора в случай на идентични близнаци.

Най-силно развитият капацитет за вегетативно възпроизводство в растения, в които началото на нов организъм може да произведе грудки, луковици, коренища, коренища, мустаци и дори пъпки.

За неестествено възпроизвеждане се изисква само един родител, което спестява време и енергия, необходими за търсене на сексуален партньор. Освен това могат да възникнат нови индивиди от всеки фрагмент от майчиния организъм, който също е икономика на веществото и енергията, изразходвана за репродукцията. Скоростта на асексуално възпроизвеждане също е доста висока, например, бактериите могат да се разделят на всеки 20-30 минути, изключително бързо увеличаване на броя им. С този метод на възпроизвеждане се генерират генетично идентични потомци - клонове, които могат да се разглеждат като предимство, при условие, че условията на околната среда са постоянни.

Въпреки това, поради факта, че единственият източник на генетична вариабилност е случайни мутации, почти пълната липса на променливост сред потомците намалява тяхната адаптивност към нови условия на околната среда по време на сетълмента и в резултат те умират в много по-големи количества, отколкото по време на сексуално възпроизводство.

Сексуално възпроизвеждане  - възпроизвеждащ метод, при който образуването и сливането на зародишни клетки или гамети се осъществява в една клетка - зиготата, от която се развива новият организъм.

Ако по време на сексуалното възпроизводство соматичните клетки с диплоиден набор от хромозоми се слеят (при хора 2n = 46), вече от второ поколение тетраплоидният комплект ще се съдържа в клетките на новия организъм (при човека 4n = 92), в третия - октапоида и т.н. ,

Въпреки това, размерът на еукариотни клетки не са неограничени, те трябва да варира между 10-100 микрона, както и в по-малка клетка не съдържа пълен набор от необходими за неговото функциониране и структури на вещества, и по-големи размери ще бъдат нарушени дори предоставящи клетките с кислород, въглероден диоксид, вода и други необходими вещества. Съответно, размерът на ядрото, в който са разположени хромозомите, не може да надвишава 1 / 5-1 / 10 от обема на клетката и ако тези състояния са нарушени, клетката вече не може да съществува. По този начин сексуалното възпроизводство изисква предварително намаляване на броя на хромозомите, които ще бъдат възстановени по време на оплождането, което се осигурява от процеса на мейотично клетъчно делене.

Намаляване на броя на хромозоми трябва да бъдат също така строго подреден и равностойна, защото ако новият орган няма да бъде пълна двойки хромозоми в тяхната обща нормална сума, то е или не е осъществимо, или тя ще бъде придружена от развитието на сериозни заболявания.

Така, мейозата осигурява намаляване на броя на хромозомите, което се възстановява по време на оплождането, като се запазва цялостната константа на кариотипа.

Специални форми на сексуално възпроизводство са партньорногенезата и конюгацията. По време на партеногенезата или девственото развитие, нов организъм се развива от нефертилизирано яйце, като например в дафни, медоносни птици и някои скалисти гущери. Понякога този процес се стимулира от въвеждането на сперма от друг вид.

В процеса на конюгиране, който е типичен например при клеатите, индивидите обменят фрагменти от наследствена информация и след това се възпроизвеждат безсмислено. Строго погледнато, конюгирането е сексуален процес, а не пример за сексуално възпроизводство.

Наличието на сексуално възпроизводство изисква производството на най-малко два вида зародишни клетки: мъжки и женски. Животински организми, в които се произвеждат мъжки и женски зародишни клетки се произвеждат от различни индивиди   двудомно,  докато тези, които могат да произвеждат двата вида гамети -   хермафродити.  Хермафродитизмът е характерен за много плоски и аниделски, гастроподи.

Растения, в които са разположени мъжки и женски цветя или други гениталисти, различни от гениталиите, се наричат   двудомно,  и като има и двата вида цветя в същото време -   еднодомните.

Сексуалното възпроизводство осигурява възникването на генетично разнообразие на потомството, което се основава на мейоза и рекомбинация на родителските гени по време на оплождането. Най-успешните комбинации от гени осигуряват най-добро адаптиране на потомците към местообитанието, тяхното оцеляване и по-голяма вероятност за предаване на наследствената информация на бъдещите поколения. Този процес води до промяна в характеристиките и свойствата на организмите и в крайна сметка до формирането на нови видове в процеса на еволюционен естествен подбор.

В същото време материята и енергията се използват неефективно по време на сексуалното възпроизводство, тъй като организмите често трябва да произвеждат милиони гамети, но само някои от тях се използват по време на оплождането. Освен това е необходимо да се изразходва енергия и да се осигурят други условия. Например растенията образуват цветя и произвеждат нектар, за да привличат животни, които носят прашец на женските части на други цветя, а животните прекарват много време и енергия в търсенето на брачни партньори и ухажване. След това трябва да отделите много енергия за грижите за потомството, защото по време на сексуалното възпроизводство потомците на първо време често са толкова малки, че много от тях умират от хищници, глад или просто от неблагоприятни условия. Следователно, при неестествено възпроизводство, енергийните разходи са много по-малко. Независимо от това, сексуалното възпроизводство има най-малко едно безценно предимство - генетичната променливост на потомството.

Сексуалната и сексуалната репродукция се използват широко от човека в селското стопанство, декоративното животновъдство, отглеждането на растения и други площи за отглеждане на нови сортове растения и животински породи, запазване на икономически ценни качества и бързо нарастване на броя на лицата.

Когато неестественото възпроизвеждане на растенията, заедно с традиционните методи - рязане, присаждане и репродукция чрез наслояване, модерните методи, свързани с използването на тъканна култура, постепенно заемат водеща позиция. В същото време нови растения се получават от малки фрагменти от майчиното растение (клетки или парчета тъкан), отглеждани на хранителна среда, съдържаща всички хранителни вещества и хормони, от които растението се нуждае. Тези методи позволяват не само бързото разпространение на сортовете растения с ценни качества, например картофи, които са устойчиви на вирус на усукване на листа, но и да се получат организми, които не са заразени с вируси и други патогени на болести по растенията. Тъканната култура стои в основата на производството на така наречените трансгенни или генетично модифицирани организми, както и хибридизацията на растителни соматични клетки, които не могат да бъдат пресичани по никакъв друг начин.

Преминаването на растения от различни сортове дава възможност да се получат организми с нови комбинации от икономически ценни качества. За това се използват опрашващи растения със същия или различен вид или дори от рода. Това явление се нарича   дистанционна хибридизация.

Тъй като по-високите животни не притежават способността за естествено възпроизвеждане без изцеление, основният начин за тяхното възпроизводство е сексуален. За да направите това, използвайте кръстовището като индивидите от един вид (порода) и междувидова хибридизация, за да даде такива известни хибриди, муле и катър, в зависимост от това какъв вид хора са били взети като родител - магаре и кон. Междинните хибриди обаче често са стерилни, т.е. не могат да произвеждат потомство, така че всеки път, когато те трябва да бъдат отгледани отново.

Изкуствената партогенеза се използва и за развъждане на селскостопански животни. Изключителният руски генетик Б. Л. Астарув, чрез повишаване на температурата, предизвиква по-голяма доходност на женските копринени буби, които тъкат пашкулите от по-тънка и по-ценна нишка от мъжете.

Клонирането може да се счита за безусловно възпроизвеждане, тъй като използва ядрото на соматичните клетки, което се въвежда в оплодената яйцеклетка с мъртва сърцевина. Развиващият се организъм трябва да бъде копие или клон на вече съществуващ организъм.

Оплождане в цъфтящи растения и гръбначни животни

оплождане  - Това е процес на сливане на мъжки и женски зародишни клетки с образуването на зиготи.

В процеса на торене се появява първо разпознаване и физически контакт на мъжки и женски гамети, след това сливането на тяхната цитоплазма и само на последния етап интегрирането на наследствения материал. Торенето ви позволява да възстановите диплоидния набор от хромозоми, намален в процеса на образуване на зародишни клетки.

Най-често в природата оплождането се извършва от мъжки полови клетки на друг организъм, но в много случаи е възможно и проникването на собствените сперматозоиди -   опрашване.  От еволюционна гледна точка самоопрашването е по-малко полезно, тъй като в този случай вероятността за появата на нови комбинации от гени е минимална. Следователно, дори при повечето херхродитични организми се наблюдава кръстосано оплождане. Този процес е присъщ както на растенията, така и на животните, но в хода на гореспоменатите организми съществуват редица различия.

Така че, в цъфтящите растения предшества торенето   опрашване  - прехвърляне на полен, съдържащ мъжки зародишни клетки - спермата - върху стигмата на пистил. Там расте, образувайки поленова тръба с две сперматозоиди, движещи се по нея. При достигане на торбичката за ембриони една сперматозоида се слива с яйцеклетката, за да образува зиготи, а другата с централната клетка (2n), което води до последващо съхранение на вторична ендоспермона тъкан. Този метод на торене получи името   двойно оплождане  (Фигура 3.4).

При животните, по - специално гръбначните, торенето се предхожда от конвергенцията на гамети, или оплождане.  Успехът на осеменяване се улеснява от синхронизирането на екскрецията на мъжките и женските зародишни клетки, както и освобождаването от яйцеклетка на специфични химични вещества, за да се улесни ориентацията на сперматозоидите в пространството.

При отглеждането на култивирани растения и домашни животни човешките усилия са насочени главно към запазването и размножаването на икономически ценни качества, докато резистентността на тези организми към условията на околната среда и жизнеспособността като цяло са намалени. Освен това соята и много други култивирани растения се самоопрашават, поради което е необходима човешка намеса за получаване на нови сортове. Трудности могат да възникнат и при самия процес на торене, тъй като някои растения и животни могат да имат стерилни гени.

В растения за разплод,   изкуствено опрашване за които се отстраняват тичинките от цветята, а след това се прибавя и цветен прашец от други цветя, които се покриват с изолационни капачки, за да се избегне опрашването на други растения. В някои случаи се извършва изкуствено опрашване, за да се увеличи добивът, тъй като семената и плодовете не се развиват от яйчниците на неопрашените цветя. Тази техника е била практикувана преди това в слънчогледови култури.

При отдалечена хибридизация, особено ако растенията се различават по броя на хромозомите, естественото оплождане става напълно невъзможно, или вече в първото клетъчно деление, настъпва нарушение на хромозомното несъгласие и тялото умира. В този случай оплождането се извършва при изкуствени условия и в началото на клетъчното делене клетката се третира с колхицин, вещество, което разрушава спиралата на разделянето, хромозомите се разпръскват около клетката и след това се образува ново ядро ​​с двоен брой хромозоми и няма такива проблеми в следващите разделяния. По този начин е създаден рядък зелен хибрид на Г. Д. Карпеченко и тритикале, високопроизводителен хибрид на пшеница и ръж.

Основните видове селскостопански животни имат още повече пречки пред оплождането, отколкото растенията, което принуждава хората да предприемат драстични мерки. Изкуственото осеменяване се използва главно при развъждането на ценни породи, когато е необходимо да се получи колкото се може повече потомство от един производител. В тези случаи семенната течност се събира, смесва се с вода, поставя се в ампули и след това се инжектира, ако е необходимо, в женския репродуктивен тракт. В рибните ферми с изкуствено осеменяване на риба спермата на мъжките, получени от мляко, се смесва с хайвер в специални контейнери. Младите, отглеждани в специални клетки, след това освободени в естествени резервоари и възстановява населението, например, есетрови в Каспийско море и Дон.

По този начин изкуственото осеменяване служи на човека за получаване на нови, високопроизводителни разновидности на растения и животински породи, както и за увеличаване на тяхната производителност и възстановяване на природните популации.

Външно и вътрешно оплождане

При животните има външно и вътрешно оплождане. при   външно опложданесе появяват зародишни клетки от женски и мъжки пол, където се осъществява процесът на тяхното сливане, например в червеи, риба, двучерупчести мекотели, некраниални, повечето риби и много земноводни. Независимо от факта, че не се изисква конвергенция на развъдните индивиди, при подвижните животни е възможно не само тяхното сближаване, но и натрупването, както при размножаването на рибите.

Вътрешно торене  свързани с въвеждането на мъжки генитални продукти в женския генитален тракт, и вече оплоденото яйце се екскретира. Често има плътни мембрани, които предотвратяват увреждането и проникването на следващата сперма. Вътрешното оплождане е характерно за по-голямата част от сухоземните животни, например плоски и кръгли червеи, много артроподи и гастроподи, влечуги, птици и бозайници, както и голям брой земноводни. Също така се среща и при някои водни животни, включително мекотели главоноги и хрущялни риби.

Съществува и междинен тип оплождане -   външно-вътрешно  в който женската улавя гениталните продукти, специално оставяни от мъжки пол върху някакъв субстрат, както се случва при някои артроподи и окопани земноводни. Външното и вътрешното оплождане може да се разглежда като преходно от външно към вътрешно.

Както външното, така и вътрешното оплождане имат своите предимства и недостатъци. По този начин, по време на външно торене, зародишните клетки се освобождават във вода или въздух, в резултат на което огромното мнозинство от тях умират. Този вид оплождане обаче осигурява съществуването на сексуално възпроизводство в такива прикачени и бавно движещи се животни като двучерупчести и некраниални. В случай на вътрешно оплождане, загубата на гамети със сигурност е много по-малка, но веществото и енергията се изразходват за намиране на партньор, а родените потомци често са твърде малки и слаби и изискват дълъг родителски грижи.

3.3. Онтогенезата и нейните присъщи закони. Специализиране на клетките, образуване на тъкани, органи. Ембрионално и постбрионично развитие на организмите. Живи цикли и редуване на поколенията. Причини за нарушено развитие на организмите.

Онтогенезата и нейните присъщи закони

онтогенезата  (от гръцки   Ontos  - да бъдеш и   генезис  - поява, произход) е процес на индивидуално развитие на организма от раждането до смъртта. Този термин е въведен през 1866 г. от германския учен Е. Хакел (1834-1919).

Появата на зигот в резултат на торене на яйцеклетка от сперматозоидна клетка се счита за раждане на организъм, въпреки че не се образува зигот като такъв по време на партеногенезата. В процеса на онтогенеза възниква растеж, диференциация и интеграция на части от развиващия се организъм. разграничаване  (от lat.   подреден  - разлика) е процес на възникване на различия между хомогенни тъкани и органи, техните промени в хода на развитие на индивидите, водещи до образуване на специализирани тъкани и органи.

Моделите на онтогенезата са обект на изследване   ембриология  (от гръцки   зародиш  - ембриони и   лога  - дума, наука). Значителен принос за развитието му са направени от руските учени К. Баер (1792-1876), които откриха яйцеклетката на бозайници и поставиха ембриологични доказателства за класификацията на гръбначни животни А. Ковалевски (1849-1901) и И. Мехникков (1845-1916 г.) ) - основателите на теорията на зародишната линия и сравнителната ембриология, както и А. Н. Северцов (1866-1936), които развиват теорията за появата на нови признаци на всеки етап от онтогенезата.

Индивидуалното развитие е характерно само за многоклетъчните организми, тъй като в едноклетъчния растеж и развитие завършва на нивото на една клетка и диференциацията напълно липсва. Курсът на онтогенезата се определя от генетични програми, които са вградени в процеса на еволюцията, тоест, онтогенезата е кратко повторение на историческото развитие на даден вид или филогенеза.

Въпреки неизбежното превключване на отделни групи гени по време на индивидуалното развитие, всички промени в организма се проявяват постепенно и не нарушават неговата цялост, но събитията от предишните етапи имат значително влияние върху хода на следващите етапи на развитие. По този начин всяко нарушаване на процеса на развитие може да доведе до прекъсване на процеса на онтогенеза на всеки от етапите, какъвто често се случва с ембрионите (така наречените спонтанни аборти).

По този начин, единството на пространството и времето на действие е характерно за процеса на онтогенеза, тъй като тя е неразривно свързана с тялото на индивида и протича еднопосочно.

Фетално и постбебрично развитие на организмите

Периоди на онтогени

Има няколко периоди на онтогенеза, обаче, най-често в онтогениите на животните, се разграничават ембрионални и постсбрионични периоди.

Ембрионален период  Тя започва с образуването на зигот в процеса на торене и завършва с раждането на организма или неговото освобождаване от зародишните (яйцевидни) мембрани.

Постебрионичен период  продължава от раждането до смъртта на организма. Понякога секретът и   проembryonic период  или   progenez,  които включват гаметогенеза и торене.

Ембрионално развитие,  или ембриогенеза при животни и хора са разделени на няколко етапа:   трошене, гастрилация, хистогенеза и органогенеза,  и също   период на диференциран ембрион.

смачкване  - това е процесът на митотично деление на зиготи в по-малки и по-малки клетки - бластомери (Фигура 3.5). Първо, две клетки се образуват, а след това четири, осем и т.н. Намаляването на размера на клетките се дължи главно на факта, че по различни причини няма интервал Gj в интерфазата на клетъчния цикъл, при който трябва да се увеличи размерът на дъщерните клетки. Този процес е подобен на разделянето на лед, но не е хаотичен, а строго подреден. Например, при хората тази фрагментация е двустранна, т.е. двустранна симетрична. В резултат на смачкване и последваща клетъчна дивергенция   бластула  - еднослоен многоклетъчен зародиш, който е куха топка, чиито стени са образувани от бластомерни клетки, а вътрешната кухина е пълна с течност и се нарича бластоцьол.

gastrulation  наречете процеса на образуване на дву- или трипластови зародиши -   гаструлата(от гръцки   Gaster  - стомаха), което се случва веднага след образуването на бластла. Глюкулацията се извършва чрез движението на клетките и техните групи една спрямо друга, например чрез натискане на една от стените на бластулата. В допълнение към два или три слоя клетки, gastrula също има първична уста -   blastopore.

Клетъчните слоеве на гаструлата се наричат   зародишни листа.  Има три зародишни слоя: ектодерма, мезодермата и ендодермата.   ектодерма  (от гръцки   ektos  - вън, извън и   дерма  - кожата) е външният зародишен слой,   mesoderma  (от гръцки   mezos  - средно, средно) - средно и   entoderm  (от гръцки   Entos  - вътре) - вътрешна.

Въпреки факта, че всички клетки на развиващия се организъм произхождат от една клетка - зиготи - и съдържат един и същ набор от гени, т.е. неговите клонинги, тъй като те се образуват в резултат на митотичното деление, процесът на гастрилация се придружава от клетъчна диференциация. Диференциацията се дължи на смяната на групи от гени в различни части на ембриона и синтеза на нови протеини, които в бъдеще определят специфичните функции на клетката и оставят отпечатък върху нейната структура.

От специализацията на клетките оставя отпечатък и квартала на други клетки, както и хормони. Например, ако един фрагмент, от който се развива акорд от един жабешки ембрион, се трансплантира в друг, това ще доведе до образуването на пъпка на нервната система на грешното място и ще започне да се образува двоен ембрион. Това явление се нарича   ембрионална индукция.

хистогенеза  наречен процес на образуване на зрели тъкани, присъщи на възрастния организъм, и   органогенеза  - процеса на образуване на органи.

В процеса на хистогенеза и органогенеза, от ектодерма се образува епител на кожата и нейните производни (косми, нокти, нокти, пера), епитела на устната кухина и зъбния емайл, ректума, нервната система, сетивните органи, хрилете и т.н. с него жлези (черен дроб и панкреас), както и белите дробове. И мезодерматорът води до всички видове съединителна тъкан, включително тъканите на костите и хрущялите на скелета, мускулната тъкан на скелетните мускули, кръвоносната система, много ендокринни жлези и т.н.

Полагането на нервната тръба върху дорзалната страна на ембриона на кончатите символизира началото на друг междинен етап на развитие -   neurula  (Novolat.   neurula,  намаляване от гръцки.   неврон  - нерв). Този процес е съпроводен и от полагане на комплекс от аксиални органи, като например ноохорда.

След потока на органогенезата започва период   диференциран зародиш  който се характеризира с продължаване на специализацията на клетките на тялото и бързия растеж.

При много животни се появяват ембрионални мембрани и други временни органи в процеса на ембрионално развитие, които не са полезни при последващо развитие, например плацентата, пъпната връв и т.н.

Съгласно репродуктивния им капацитет, постбрионичното развитие на животните се разделя на репродуктивни (младежки), репродуктивни и пост-репродуктивни периоди.

Младежки период  продължава от раждането до пубертета, се характеризира с интензивен растеж и развитие на тялото.

Растежът на организма се дължи на увеличаване на броя на клетките, дължащи се на разделяне и увеличаване на техния размер. Има два основни типа растеж: ограничени и неограничени. Тесен,  или   затворена височина  се проявява само в определени периоди от живота, главно преди пубертета. Той е характерен за повечето животни. Например, човек расте предимно до 13-15 години, въпреки че окончателното образуване на тялото се извършва до 25 години.   неограничен,  или   отворен растеж продължава по време на живота на индивида, както при растенията и някои риби. Съществуват и периодични и не-периодични разраствания.

Процесите на растеж се контролират от ендокринната или хормоналната система: при хората увеличаването на линейните размери на тялото се стимулира от освобождаването на соматотропния хормон, докато гонадотропните хормони до голяма степен го потискат. Подобни механизми се откриват при насекоми, в които има специален ювенилен хормон и молтов хормон.

При цъфтящи растения, ембрионалното развитие продължава след двойно оплождане, при което едно сперматозоиди торели яйцеклетката, а втората - централната клетка. От зиготата се формира ембрион, който преминава през серия от деления. След първото разделяне, самият ембрион се формира от една клетка, а от втория се образуват висулки, през които се подават хранителни вещества към ембриона. Централната клетка поражда триплоиден ендосперм, който съдържа хранителни вещества за развитието на ембриона (Фигура 3.7).

Ембрионалното и последващо развитие на семенните растения често се разделят във времето, тъй като те изискват определени условия за кълняемост. Постебрационният период в растенията е разделен на вегетативни, генеративни периоди и стареене. Във вегетативния период има увеличение на растителната биомаса, в генератора те придобиват способността за сексуално възпроизводство (в семенни растения за цъфтене и плодове), докато в периода на застаряване способността за размножаване се губи.

Живи цикли и редуване на поколенията

Новоформираните организми не придобиват незабавно способността да възпроизвеждат своя собствен вид.

Цикъл на живот  - набор от етапи на развитие, вариращи от зиготи, след преминаване през които тялото достига зрялост и придобива способността да се възпроизвежда.

В жизнения цикъл етапите на развитие се редуват с хаплоидните и диплоидни комплекси от хромозоми, докато висшите растения и животни доминират в двойния набор, а долните - обратно.

Живите цикли могат да бъдат прости и сложни. За разлика от обикновения жизнен цикъл, в сложната сексуална репродукция се заменя с партеногенетично и безполово. Например дафнията от ракообразни, които дават на несемейните поколения през лятото, се възпроизвежда сексуално през есента. Особено сложни жизнени цикли на някои гъбички. В редица животни се случва редовно редуване на сексуални и несексуални поколения и се нарича този жизнен цикъл   вярна.  Това е характерно, например, на редица медузи.

Продължителността на жизнения цикъл се определя от броя на поколенията, които се развиват през годината, или от броя години, през които се развива организмът. Например, растенията са разделени на едногодишни и трайни насаждения.

Познаването на жизнения цикъл е необходимо за генетичния анализ, тъй като в хаплоидните и диплоидните състояния ефектът на гени се разкрива по различни начини: в първия случай има големи възможности за проявление на всички гени, докато във втория някои гени не се откриват.

Причини за нарушено развитие на организмите

Способността да се саморегулира и да издържа на вредните въздействия на околната среда не се появява веднага в организмите. По време на ембрионалното и постбрабрионното развитие, когато много от отбранителните системи на тялото още не са се образували, организмите обикновено са уязвими от действието на вредни фактори. Ето защо, при животните и растенията, ембрионът е защитен от специални черупки или от самия организъм на майката. Той е снабден със специална подхранваща тъкан или получава хранителни вещества директно от тялото на майката. Независимо от това, промяна във външната среда може да ускори или забави развитието на ембриона и дори да предизвика появата на различни смущения.

Разкриват се факторите, които причиняват аномалии в развитието на ембриона   тератогенни,  или тератогени.  В зависимост от естеството на тези фактори, те са разделени на физически, химически и биологически.

K   физически фактори  преди всичко йонизиращо лъчение, което предизвиква множество мутации в плода, които могат да бъдат несъвместими с живота.

химически  тератогените са тежки метали, бензопиролът, изпускан от автомобили и промишлени предприятия, феноли, редица лекарства, алкохол, наркотици и никотин.

Особено вредно влияние върху развитието на човешкия ембрион имат родителите си, които употребяват алкохол, наркотици, тютюнопушене, защото алкохолът и никотинът потискат клетъчното дишане. Недостатъчното доставяне на ембриона с кислород води до факта, че в формиращите органи се образува по-малък брой клетки и органите са недоразвити. Нервната тъкан е особено чувствителна към липсата на кислород. Бъдещата употреба на алкохол, наркотици, тютюнопушене, злоупотреба с наркотици често води до необратимо увреждане на ембриона и последващо раждане на деца с умствена изостаналост или вродени деформации.

3.4. Генетика, нейните задачи. Наследственост и вариабилност - свойствата на организмите. Основни генетични концепции.

Генетика, нейните задачи

Успехът на природните науки и клетъчната биология през XVIII-XIX век позволява на редица учени да изразяват предположения за наличието на някои наследствени фактори, които определят например развитието на наследствени заболявания, но тези допускания не са подкрепени от съответните доказателства. Дори теорията за вътреклетъчната пангенеза, формулирана от X. de Vries през 1889 г., която приема съществуването на някои "паньони" в клетъчното ядро, определянето на наследствените наклони на тялото и излизането до протоплазмата само на тези, които определят клетъчния тип, теорията за "зародишна плазма" на A. Weisman, според която характеристиките, придобити по време на онтогенезата, не са наследени.

Само произведенията на чешкия изследовател Г. Мендел (1822-1884 г.) се превръщат в основен камък на съвременната генетика. Независимо от факта, че произведенията му са цитирани в научни списания, съвременниците не обръщат внимание на тях. И само преоткриването на законите за независимо наследство от трима учени едновременно - Е. Чермак, К. Корранс и Х. де Врийс - принудиха научната общност да се обърне към генетиката.

генетика  - е науката, която изучава законите на наследствеността и вариацията и методите за тяхното управление.

Задачите на генетиката  в настоящия етап изследването на качествените и количествените характеристики на наследствения материал, анализ на структурата и функционирането на генотипа, дешифриране на фината структура на гена и методи за регулиране на генната активност, търсене на гени, причиняващи развитието на човешки наследствени заболявания и методи за тяхното "коригиране", създаване на ново поколение лекарства по вид ДНК ваксини, като дизайнът използва ген и клетъчно инженерство на организми с нови свойства, които биха могли да произведат необходимите наркотиците и храната, както и пълен препис на човешкия геном.

Наследство и вариабилност - свойства на организмите

наследственост  - е способността на организмите да предават своите характеристики и свойства в поредица от поколения.

променливост  - собствеността на организмите да придобиват нови знаци по време на живота.

Знаци на  - това са всички морфологични, физиологични, биохимични и други особености на организмите, при които някои от тях се различават от другите, например цвят на очите.   свойствасе наричат ​​всички функционални особености на организмите въз основа на определена структурна особеност или група елементарни особености.

Знаците на организмите могат да бъдат разделени   качество  и   количествен.  Качествените знаци имат две или три контрастиращи проявления, които се наричат   алтернативни знаци  например, син и кафяв цвят на очите, докато количествените (добив на краве, добив на пшеница) нямат ясно изразени разлики.

Материалният носител на наследствеността е ДНК. При еукариотите се разграничават два вида наследственост:   генотипно  и   цитоплазмена.  Носителите на генотипната наследственост са локализирани в ядрото и след това ще бъдат дискутирани специално за него, докато носителите на цитоплазмената наследственост са пръстенните молекули на ДНК, разположени в митохондриите и пластидите. Цитоплазмената наследственост се предава главно чрез яйцеклетката, поради което се нарича и нея   родител.

Малък брой гени са локализирани в митохондриите на човешките клетки, но тяхната промяна може да има значително въздействие върху развитието на организма, например, да доведе до развитие на слепота или постепенно намаляване на мобилността. Пластидите играят също толкова важна роля в живота на растенията. По този начин в някои области на листа може да има клетки свободни от хлорофил, което води, от една страна, до намаляване на производителността на растенията, а от друга страна, такива разнообразни организми се оценяват в декоративното градинарство. Такива екземпляри се възпроизвеждат предимно по асексуален начин, тъй като сексуалното възпроизводство често създава обикновени зелени растения.

Генетични методи

Хибридният метод или методът на кръстосване е подборът на родителите и анализът на потомството. В същото време генотипът на организма се оценява от фенотипните проявления на гените в потомците, получени при определен модел на кръстосване. Това е най-старият информативен метод на генетиката, който най-пълно се прилага от Г. Мендел в комбинация със статистическия метод. Този метод не е приложим в човешката генетика поради етични причини.

Цитогенетичният метод се основава на изследването на кариотипа: брой, форма и размер на хромозомите на тялото. Проучването на тези функции ви позволява да идентифицирате различни патологии на развитието.

Биохимичният метод позволява да се определи съдържанието на различни вещества в организма, по-специално, тяхното излишък или дефицит, както и активността на редица ензими.

Молекулярните генетични методи са насочени към идентифициране на вариации в структурата и декодиране на първичната нуклеотидна последователност на изследваните ДНК сегменти. Те дават възможност да се идентифицират гените на наследствени заболявания дори в ембриони, да се установи бащинство и т.н.

Статистическият метод на популацията позволява да се определи генетичният състав на популацията, честотата на определени гени и генотипове, генетичният товар, както и да се очертаят перспективите за развитие на популацията.

Методът на хибридизация на соматични клетки в културата позволява да се определи локализирането на определени гени в хромозомите по време на сливането на клетки от различни организми, например мишки и хамстери, мишки и хора и т.н.

Основни генетични концепции и символика

ген  - Това е сегмент от ДНК молекула или хромозома, която носи информация за специфичната черта или свойството на организма.

Някои гени могат да повлияят на проявата на няколко признака наведнъж. Това явление се нарича   pleiotropy.  Например, генът, отговорен за развитието на наследствено заболяване arachnodactyly (паяк пръсти), причинява кривина на лещата, патологията на много вътрешни органи.

Всеки ген заема стриктно определено място в хромозомата -   локус.  Тъй като соматичните клетки на повечето еукариотни организми имат двойки (хомоложни) хромозоми, има едно копие на гена, отговорно за определена черта във всяка от двойките хромозоми. Тези гени се наричат   алелен.

Алеличните гени най-често съществуват в два варианта - господстващо и рецесивно.   доминиращ  те наричат ​​алела, който се проявява независимо от кой ген е на друга хромозома, и възпрепятства развитието на характера, кодиран от рецесивния ген. Доминантните алели обикновено се означават с главни букви от латинската азбука (A,   B, C и  и т.н.) и рецесивни - малки букви (a, бс  и др.) -   рецесивен  алелите могат да се проявяват само ако заемат локуси и в двата сдвоени хромозоми.

Организъм, който има същия алел върху хомоложните хромозоми, се нарича   хомозиготни  за даден ген или   хомозиготно (АА , aa, avb,aABB  и т.н.) и се нарича организъм, който има различни генни варианти както в хомоложните хромозоми - господстващите, така и рецесивните -   хетерозиготни  за даден ген или   хетерозиготи (Aa, AaBб и т.н.).

Редица гени могат да имат три или повече структурни варианта, например ABO кръвните групи са кодирани от три алели - аз А , аз B , аз.   Това явление се нарича много алелизъм.  Въпреки това, дори и в този случай, всяка хромозома на двойка носи само един алел, т.е. всички три генни варианта в един организъм не могат да бъдат представени.

геном  - набор от гени, характерни за хаплоидния набор от хромозоми.

генотип  - набор от гени, характерни за диплоидния набор от хромозоми.

фенотип  - набор от характеристики и свойства на организма, който е резултат от взаимодействието на генотипа и околната среда.

Тъй като организмите се различават помежду си, е възможно да се установят модели на тяхното наследство само чрез анализиране на два или повече знака в потомството. Преминаването, при което се счита наследството и точното количествено отчитане на потомството се извършва за една двойка алтернативни черти, се нарича   monohybrid,  в две двойки -   двухибридна,  за повече знаци -   poligibridnym.

Според фенотипа на индивида, далеч не винаги е възможно да се установи неговият генотип, тъй като и организмът, който е хомозиготен за доминантния ген (АА) и хетерозиготния (Аа), ще има проявление на доминантния алел във фенотипа. Ето защо се прилага генотипът на организма с кръстосано оплождане   анализиране на кръстоски  - пресичане, при което организмът с доминираща черта се пресича с хомозиготен за рецесивния ген. В същото време организъм, който е хомозиготен за господстващия ген, няма да доведе до разделяне на потомството, докато в потомството на хетерозиготни индивиди се наблюдава равен брой индивиди с господстващо и рецесивно поведение.

Следните конвенции най-често се използват за записване на шаблоните за пресичане:

P (от lat.   Паренти  - родители) - родителски организми;

♀ (алхимическият знак на Венера - огледало с дръжка) - майчиният индивид;

♂ (алхимическият знак на Марс е щит и копие) - бащин;

х е знак за преминаване;

F 1, F 2, F 3 и т.н., са хибриди на първото, второто, третото и следващите поколения;

F a - потомство от анализиращите кръстове.

Хромозомна теория на наследствеността

Основателят на генетиката Г. Мендел, както и неговите най-близки последователи, не са имали и най-малка представа за материалната основа на наследствените наклонности или гени. Въпреки това, още през годините 1902-1903 германският биолог T. Boveri и американският студент W. Satton независимо предполагат, че поведението на хромозомите по време на съзряването и оплождането на клетките обяснява разделянето на наследствените фактори от страна на Мендел, т.е. гени трябва да се намира в хромозомите. Тези предположения са се превърнали в крайъгълен камък на хромозомната теория на наследствеността.

През 1906 г. английската генетика W. Batson и R. Pennet открива нарушение на Mendelian разцепване при пресичане на сладки грах, а техният сънародник L. Doncaster открива свързано със сексуално наследяване експерименти с пеперуда с моркови. Резултатите от тези експерименти очевидно противоречат на Mendelian, но когато смятате, че по това време вече е известно, че броят на известните признаци за експериментални обекти е много по-голям от броя на хромозомите, и това предполага, че всяка хромозома носи повече от един ген, а гените на една хромозома наследени съвместно.

През 1910 г. експериментите на групата на Т. Морган започнаха с нов експериментален обект - плодовата муха на Дрошофила. Резултатите от тези експерименти позволиха да се формулират основните разпоредби на хромозомната теория за наследствеността до средата на 20-те години на ХХ век, да се определи реда на локализиране на гените в хромозомите и разстоянията между тях, т.е. да се направят първите карти на хромозомите.

Основните разпоредби на хромозомната теория на наследствеността:

1) Гени се намират в хромозомите. Гените на една и съща хромозома са наследени заедно или са свързани и се наричат   група съединители.  Броят на свързващите групи е цифрово равен на хаплоидния набор от хромозоми.

Всеки ген заема стриктно определено място в хромозомата - място.

Гените в хромозомите са линейни.

Нарушаването на генния съединител възниква само в резултат на пресичането.

Разстоянието между гените в хромозомата е пропорционално на процента пресичане между тях.

Независимото наследяване е характерно само за гени на нехомологични хромозоми.

Съвременни идеи за ген и геном

В началото на 40-те години на ХХ век J. Bidle и E. Tatum, анализирали резултатите от генетичните изследвания, проведени върху гъбичките от невроспора, стигат до извода, че всеки ген контролира синтеза на ензим и формулира принципа "един ген - един ензим" ,

Въпреки това, през 1961 г., F. Jacob, J.-L. Моно и А. Лвов успяват да дешифрират структурата на гена Е. coli и да разследват регулирането на неговата дейност. За това откритие е награден с Нобеловата награда за физиология и медицина през 1965 г.

В процеса на изследване, в допълнение към структурните гени, които контролират развитието на определени черти, те са в състояние да идентифицират регулаторни такива, чиято основна функция е проявяването на черти, кодирани от други гени.

Структурата на прокариотния ген.  Структурният ген на прокариотите има сложна структура, тъй като съдържа регулаторни региони и кодиращи последователности. Регулаторните сайтове включват промоутър, оператор и терминатор (фиг. 3.8).   промотор  наименованието на частта от гена, към който е прикрепен RNA полимеразният ензим, който осигурява синтеза на mRNA по време на транскрипционния процес. C   от оператора  разположени между промотора и структурната последователност, могат да бъдат свързани   репресорен протеин  Той не позволява на РНК полимеразата да започне да чете наследствената информация от кодиращата последователност и само нейното отстраняване позволява началото на транскрипцията. Структурата на репресора обикновено е кодирана в регулаторен ген, разположен в друга част на хромозомата. Четенето на информацията завършва в част от ген, наречен   терминатор.

Кодираща последователност  структурният ген съдържа информация за последователността на аминокиселините в съответния протеин. Кодиращата последователност в прокариотите се нарича   цистрон  и наборът от кодиращи и регулаторни области на прокариотния ген е оперон.  Обикновено прокариотите, които включват Е. coli, имат сравнително малък брой гени, разположени в една кръгова хромозома.

Цитоплазмата на прокариотите може също така да съдържа допълнителни малки кръгови или несвързани ДНК молекули, които се наричат   плазмиди.  Плазмидите са способни да се интегрират в хромозоми и да се прехвърлят от една клетка в друга. Те могат да носят информация за сексуалните характеристики, патогенността и устойчивостта към антибиотици.

Структурата на еукариотния ген.  За разлика от прокариотите, еукариотните гени нямат структура на оперона, тъй като те не съдържат оператор и всеки структурен ген се придружава само от промотор и терминатор. В допълнение, в гените на еукариотите значителни области ( екзони) се редуват с незначителни ( интрони), които са напълно пренаписани към иРНК и след това са изрязани в процеса на тяхното узряване. Биологичната роля на интроните е да се намали вероятността от мутации в значими области. Регулирането на еукариотните гени е много по-сложно от описаното за прокариотите.

Човешкият геном.  Във всяка човешка клетка има около 2 m ДНК в 46 хромозома, плътно опаковани в двойна спирала, която се състои от около 3,2 x 109 нуклеотидни двойки, което осигурява около 10 19 милиарда възможни уникални комбинации. До края на 80-те години на 20-ти век са намерени около 1 500 човешки гени, но общият им брой е изчислен на около 100 хиляди, тъй като само наследствените заболявания при хората имат около 10 хиляди, да не говорим за броя на различните протеини, съдържащи се в клетките ,

През 1988 г. започна международният проект "Човешки геном", който до началото на XXI век завърши с пълно декодиране на последователността от нуклеотиди. Той направи възможно да се разбере, че две различни хора за 99,9% имат подобни нуклеотидни последователности, а само останалите 0,1% определят нашата индивидуалност. Общо са открити около 30-40 хиляди структурни гени, но впоследствие техният брой е намален до 25-30 хил. Сред тези гени има не само уникални, но и повторени стотици и хиляди пъти. Независимо от това, тези гени кодират много по-голям брой протеини, например десетки хиляди защитни протеини - имуноглобулини.

97% от нашия геном е генетичен "боклук", който съществува само защото може да се възпроизвежда добре (РНК, която се транскрибира в тези места никога не напуска ядрото). Например, сред нашите гени има не само "човешки" гени, но 60% от гените, подобни на гените на Drosophila, и ние имаме до 99% от гени от шимпанзетата.

Паралелно с декодирането на генома се извършва картиране на хромозоми и в резултат на това е възможно не само да се открият, но и да се определи местоположението на някои гени, отговорни за развитието на наследствени заболявания, както и целевите гени за лекарства.

Декодирането на човешкия геном не дава директен ефект досега, тъй като сме получили някаква инструкция за сглобяване на такъв сложен организъм като човек, но не сме се научили как да го правим или най-малкото да коригираме грешките в него. Независимо от това, ерата на молекулярната медицина вече е на прага, развитието на така наречените генни препарати, които могат да блокират, премахват или дори заместват патологичните гени в живите хора, а не само в оплоденото яйце, са в ход по целия свят.

Не трябва да забравяме, че в еукариотните клетки ДНК се съдържа не само в ядрото, но и в митохондриите и пластидите. За разлика от ядрения геном, организацията на митохондриалните и пластидните гени има много общо с организацията на прокариотния геном. Независимо от факта, че тези органилели носят по-малко от 1% от наследствената информация на клетката и дори не кодират пълния набор от протеини, необходими за тяхното функциониране, те са в състояние значително да повлияят на някои характеристики на тялото. По този начин разнообразието в растенията на хлорофит, бръшлян и други наследява малък брой потомци, дори когато преминават две пъстри растения. Това се дължи на факта, че пластидите и митохондриите се предават предимно с цитоплазмата на яйцето, така че тази наследственост се нарича майчина или цитоплазмена, за разлика от генотипната, която се локализира в ядрото.

3.5. Модели на наследственост, тяхната цитологична основа. Моно- и хибридно преминаване. Модели на наследство, установени от Г. Мендел. Свързано наследство на героите, нарушаване на връзките с гени. Законите на Т. Морган. Хромозомна теория на наследствеността. Генетичен етаж. Наследяване на свързаните с пола черти. Генотипът като цялостна система. Развитие на знанията за генотипа. Човешкият геном. Генно взаимодействие. Решението на генетичните проблеми. Преминаване на картографирането. Законите на Г. Мендел и тяхната цитологична основа.

Модели на наследственост, тяхната цитологична основа

Според хромозомната теория на наследствеността, всяка двойка гени се локализира в двойка хомоложни хромозоми и всяка от хромозомите носи само един от тези фактори. Ако си представим, че гените са точкови обекти на правите - хромозоми, тогава хомозиготните индивиди могат да бъдат схематично написани като   A || A  или   a || a,  докато хетерозиготни - A || a. Когато гените се образуват по време на процеса на мейозата, всеки от гените на хетерозиготната двойка ще бъде в една от зародишните клетки (Фиг. 3.9).

Например, ако два хетерозиготни индивида се прекосят, тогава при условие, че във всяка от тях се образува само чифт гамети, могат да бъдат получени само четири дъщерни организми, три от които ще носят поне един господстващ ген   И,  и само един ще бъде хомозиготен за рецесивния ген   и,  т.е. законите на наследствеността имат статистически характер (Фиг. 3.10).

В тези случаи, ако гените са разположени в различни хромозоми, тогава по време на образуването на гамети разпределението на алелите от тази двойка хомоложни хромозоми между тях се осъществява напълно независимо от разпределението на алелите от други двойки (фиг.3.11). Това е случайното подреждане на хомоложните хромозоми в ескатора на шпиндела в метафазата I на мейозата и последващото им отклонение в анафаза I води до редица рекомбинации на алели в гамети.

Броят на възможните комбинации на алели при мъжки или женски гамети може да се определи с общата формула 2 n, където п е броят на хромозомите, характерни за хаплоидния набор. При хората, n = 23, а възможният брой комбинации е 233 = 8388608. Последващият съюз на гамети по време на оплождането също е случаен и следователно в потомството може да се запише независимо разделяне за всяка двойка знаци (Фигура 3.11).

Все пак броят на признаците във всеки организъм е многократно по-голям от броя на неговите хромозоми, които могат да бъдат разграничени под микроскоп, поради което всяка хромозома трябва да съдържа много фактори. Ако си представим, че някои индивиди хетерозиготни за две двойки гени, намиращи се в хомоложни хромозоми, произвеждат гамети, тогава трябва да разгледаме не само вероятността от образуване на гамети с оригиналните хромозоми, но и гамети, получили хромозомата, променени в резултат на преминаване в профаза I на мейозата. Следователно в потомството ще се появят нови комбинации от черти. Данните, получени при експерименти с Drosophila, формират основата   хромозомна теория на наследствеността.

Друго основно потвърждение на цитологичната основа на наследствеността е получено в изследването на различни заболявания. Така че при хората една от формите на рак се дължи на загубата на малка част от един от хромозомите.

Наследствени модели, установени от Г. Мендел, тяхната цитологична основа (моно- и дихибриден кръстосване)

Основните закони на независимото наследство на героите бяха открити от Г. Мендел, който постигна успех с прилагането на нов хибриден метод в изследванията си.

Успехът на Г. Мендел бе осигурен от следните фактори:

1. Добър избор на обекта на изследване (грахово зърно), който има кратък вегетационен период, е самоопрашващо се растение, дава значително количество семена и е представен от голям брой сортове с отличителни характеристики;

2. използвайки само чисти линии грах, които за няколко поколения не са дали разделяне на героите в потомството;

3. концентрация върху само един или два знака;

4. планиране на експеримента и изготвяне на ясни схеми за преминаване;

5. точното количествено изчисление на полученото потомство.

За изследването Г. Мендел избра само седем знака с алтернативни (контрастиращи) прояви. Още при първите пресичания, той забеляза, че при потомството на първото поколение, когато пресече растенията с жълти и зелени семена, всички потомци имат жълти семена. Подобни резултати са получени при изследването на други признаци (Таблица 3.1). Знаци, които преобладават в първото поколение, призова Г. Мендел   доминиращ.  Онези от тях, които не се явиха в първото поколение, бяха призовани   рецесивен.

Лицата, които дадоха разделяне на потомството, бяха извикани   хетерозиготни,  и лицата, които не са дали разделяне -   хомозиготни.

Таблица 3.1

Знаци от грах, чието наследство е проучено от Г. Мендел

Знак на	Опция за манифестация
	доминиращ	рецесивен
Оцветяване на семена
Форма на семена		сбръчкан
Форма на плодовете (боб)		ясен
Оцветяване на плода
Оцветяване на корола
Позиция на цветята	подмишничен	апикален
Дължина на стъблото		кратко

Предстои кръстосване, в което се изследва проявлението само на една черта   monohybrid.  В този случай се проследяват модели на наследяване само на два варианта на една черта, чието развитие се дължи на двойка алелни гени. Например знакът "оцветяване на короната на цвете" в грах има само две проявления - червено и бяло. Всички други характеристики на тези организми не се вземат предвид и не се вземат предвид при изчисленията.

Схемата за монохибридно кръстосване е, както следва:

Преминавайки две грахови растения, едното от които имаше жълти семки, а другото зелено, първото поколение на Г. Мендел получи растения изключително с жълти семена, независимо от това кое растение беше избрано като родител и кой беше бащата. Същите резултати бяха получени при кръстосване на други основания, което даде основание на Г. Мендел да формулира   закона за еднородност на хибридите от първо поколение,  който също се нарича първият закон на Мендел  и   закона на господството.

Първият закон на Мендел:

При пресичане на хомозиготни родителски форми, които се различават в една двойка алтернативни черти, всички хибриди от първото поколение ще бъдат еднакви както при генотипа, така и при фенотипа.

А - жълти семена; и - зелени семена.

При самоопрашване на хибридите от първото поколение се оказа, че 6022 семена имат жълт цвят, а 2001 - зелен, което приблизително съответства на съотношение 3: 1. Открито име на получения шаблон   разделяне на закона,  или   Вторият закон на Мендел.

Вторият закон на Мендел:

При пресичане на първото поколение хетерозиготни хибриди в потомството един от героите ще преобладава в съотношение 3: 1 според фенотипа (1: 2: 1 според генотипа).

Въпреки това, от фенотипа на индивида, далеч не винаги е възможно да се установи неговият генотип, тъй като като хомозиготи за господстващия ген   (АА)  така и хетерозиготи   (Аа)  ще има във фенотипа проявление на господстващия ген. Ето защо се прилагат за организми с кръстосано торене   анализиране на кръстоски  - пресичане, при което организъм с неизвестен генотип се пресича с хомозиготен за рецесивен ген, за да се провери генотипа. В същото време хомозиготни индивиди не произвеждат разделяне в потомството според господстващия ген, докато при хетерозиготно потомство има равен брой индивиди с доминиращи и рецесивни характеристики:

Въз основа на резултатите от собствените си експерименти Г. Мендел предполага, че наследствените фактори не се смесват при образуването на хибриди, но остават непроменени. Тъй като връзката между поколенията се осъществява чрез гамети, той признава, че в процеса на тяхното образуване само един фактор от двойката попада във всяка от гаметите (т.е. гаметите са генетично чисти), а по време на оплождането двойката се възстановява. Тези предположения се наричат   правила за чистота на гамети.

Правило за чистота на гърба:

По време на гаметогенезата, гените на една двойка са разделени, т.е. всяка гама носи само една версия на гена.

Въпреки това, организмите се различават помежду си по много начини, така че е възможно да се установят модели на тяхното наследство само чрез анализ на два или повече знака в потомството. Преминаването, при което се счита наследството и точното количествено отчитане на потомството се извършва за две двойки знаци,   двухибридна.  Ако се анализира проявата на по-голям брой наследствени черти, тогава това вече е така   poligibridnoe пресичане.

Диаграма на хибридно преминаване:

При по-голямо разнообразие от гамети, определянето на генотипите на потомците става трудно, затова за анализ се използва широко използваната решетка на Pennet, в която мъжките гамети влизат хоризонтално, а женските - вертикално. Генотипите на потомците се определят от комбинация от гени в колони и редове.

За хибридния хибриден кръстосване Мендел избра две характеристики: цвета на семената (жълто и зелено) и тяхната форма (гладка и набръчкана). В първото поколение бе наблюдаван законът за унифициране на хибридите от първото поколение, а от второ поколение имаше 315 жълти гладки семена, 108 - зелени гладки, 101 - жълти набръчкани и 32 зелени набръчкани. Изчислението показа, че разделянето е близо до 9: 3: 3: 1, но за всеки от признаците съотношението остава 3: 1 (жълто-зелено, гладко набръчкано). Този модел се нарича закона за независимо разделяне на особеностите  или   Трети закон на Мендел.

Третият закон на Мендел:

При преминаване на хомозиготни родителски форми, които се различават при две или повече двойки признаци, от второ поколение, независимо разцепване на тези признаци ще възникне в съотношение 3: 1 (9: 3: 3: 1 при дихибридното кръстосване).

Третият закон на Мендел се отнася само до случаите на независимо наследство, когато гените се намират в различни двойки хомоложни хромозоми. В тези случаи, когато гените се намират в една двойка хомоложни хромозоми, моделите на свързано наследство са валидни. Моделите на независимото наследство на героите, установени от Г. Мендел, също често се нарушават в взаимодействието на гените.

Законите на Т. Морган: свързано наследство на героите, нарушаване на свързването на гени

Нов организъм получава от родителите не генно разсейване, а цели хромозоми, докато броят на героите и съответно генът, който ги определя, е много по-голям от този на хромозомите. В съответствие с хромозомната теория на наследствеността, гените, разположени в една и съща хромозома, са наследени контаминирани. В резултат на това при хибридизираното пресичане те не дават очакваното разделяне на 9: 3: 3: 1 и не се подчиняват на третия закон на Мендел. Човек би очаквал, че връзката между гените е пълна и при пресичане на индивиди хомозиготни за тези гени и във второто поколение дава началните фенотипове в съотношение 3: 1 и при анализиране на преминаването на първото поколение хибриди разделянето трябва да бъде 1: 1.

За да изпробва това предположение, американският генетик Т. Морган избра от Дрозофила чифт гени, които контролират цвета на тялото (сиво-черно) и формата на крилото (дълбоко рудиментарни), които се намират в една двойка хомоложни хромозоми. Сив корпус и дълги крила са доминиращи функции. Чрез преминаване хомозиготни мухи със сива тяло и дълги крила и хомозиготни мухи с черно тяло и елементарен крила във второто поколение наистина се получават главно родителски фенотипове в съотношение близо до 3: 1, но е и незначително количество на индивиди с нови комбинации от характеристики ( Фигура 3.12).

Тези хора се наричат   рекомбинантна. Въпреки това, след анализ на хибридизацията на първото поколение хибриди с хомозиготи за рецесивни гени, Т. Морган установи, че 41,5% от индивидите имат сиво тяло и дълги крила, 41,5% черно тяло и рудиментални крила, 8,5% сиво тяло и елементарни крила, и 8,5% - черното тяло и елементарни крила. Той свързва полученото разцепване с пресичането, настъпило в профаза I на мейозата, и предполага, че единицата на разстоянието между гените в хромозомата е 1% пресичане, по-късно кръстена след него като морганид.

Моделите на обединеното наследство, установени по време на опитите върху плодовата муха, се наричат ​​закона на Т. Морган.

Законът на Морган:

Гените, локализирани в една хромозома, заемат определено място, наречено локус, и се наследяват по между си, като силата на съединяване е обратно пропорционална на разстоянието между гените.

Гените, разположени в хромозомата директно един след друг (вероятността за пресичане са изключително малки) се наричат ​​напълно свързани и ако има поне един друг ген между тях, те не са напълно свързани и тяхното свързване е нарушено по време на пресичането в резултат на обмен на секции от хомоложни хромозоми.

Феномените на свързване на гени и пресичане позволяват да се конструират карти на хромозоми с генно устройство върху тях. Генетични карти на хромозоми са създадени за много генетично добре проучени обекти: Drosophila, мишка, човешка, царевица, пшеница, грах и др. Изучаването на генетичните карти ви позволява да сравнявате структурата на генома в различни видове организми, важна за генетиката и размножаването, ,

Генетика на пода

Paul - Това е набор от морфологични и физиологични характеристики на организма, осигуряващи сексуално възпроизводство, чиято същност се свежда до оплождане, т.е. сливане на мъжки и женски зародишни клетки в зигот, от който се развива нов организъм.

Знаци, на които един пол се различава от другия, се делят на първичен и вторичен. Към първичните сексуални характеристики са половите органи, а всички останали - към средното.

При хората вторичните сексуални характеристики са тип тяло, тембър на гласа, преобладаване на мускулна или мастна тъкан, наличие на косми по лицето, адамска ябълка, млечни жлези. По този начин при жените таза обикновено е по-широка от раменете, доминира мастната тъкан, млечните жлези се произнасят и гласът е висок. Мъжете се различават от тях на по-широките рамене, преобладаването на мускулната тъкан, наличието на растеж на косата по лицето и ябълката на Адам, както и с нисък глас. Човечеството отдавна се интересува от въпроса защо се раждат индивиди от мъжки и женски пол в съотношение приблизително 1: 1. Обяснението за това е получено при изследването на кариотипове на насекоми. Оказа се, че женските на някои бъгове, скакалци и пеперуди една хромозома повече от мъжете. На свой ред, мъжете произвеждат гамети, които се различават по броя на хромозомите, като предварително определят пола на потомството. По-късно обаче се установи, че по-голямата част от организмите не се различават по броя на хромозомите при мъжете и жените, но един от двата пола има чифт хромозоми, които не се прилягат една към друга по размер, а другият има съвпадащи хромозоми.

Подобна разлика се открива и в човешкия кариотип: мъжете имат две несвързани хромозоми. Във форма, тези хромозоми в началото на разделянето наподобяват латинските букви X и Y и следователно се наричат ​​X и Y хромозоми. Мъжките сперматозоиди могат да носят един от тези хромозоми и да определят пола на нероденото дете. В тази връзка, хромозомите на хората и много други организми се разделят на две групи: автозоми и хетерохромозоми или полови хромозоми.

K   автозоми  хромозомите са еднакви за двата пола, докато   секс хромозоми  - Това са хромозоми, които са различни в различните полове и носят информация за сексуалните характеристики. В случаите, когато сексът носи едни и същи полови хромозоми, например XX, това се казва   хомозиготни,  или   gomogameten  (формират едни и същи гамети). Другият пол, който има различни полови хромозоми (XY), се нарича   хемизиготни  (не притежаващи пълния еквивалент на алелни гени), или   heterogametic. При хората, повечето бозайници, Drosophila и други организми gomogameten женски (XX), но мъжете - heterogametic (XY), докато птиците gomogameten мъжки (ZZ или XX), а женските - heterogametic (ZW, или XY) ,

X хромозомата е голяма хромозомна неравномерна рамо, която носи повече от 1500 гена, като много от техните мутантни алели причиняват на човек да развие тежки наследствени заболявания като хемофилия и цветна слепота. Хромозомата Y е много малка, съдържа само около десетина гени, включително специфични гени, отговорни за развитието на мъжкия тип.

Кариотипът на човек се записва като 46, XY, а кариотипът на жена се записва като 46, XX.

Тъй като гамети със сексуални хромозоми се произвеждат при мъже с еднаква вероятност, очакваното съотношение пол в поколението е 1: 1, което съвпада с действително наблюдаваното.

Пчелините се различават от другите организми, в които женските се развиват от оплодени яйца, а мъжете от неоплодените. Сексуалното им съотношение се различава от посоченото по-горе, тъй като процесът на торене се регулира от матката, в гениталния тракт, от която се съхраняват сперматозоидите за цялата година.

В редица организми, полът може да бъде определен по друг начин: преди или след оплождането, в зависимост от условията на околната среда.

Наследяване на свързаните с пола черти

Тъй като някои гени се намират в половите хромозоми, които не са еднакви за членовете на противоположния пол, естеството на наследствеността на героите, кодирани от тези гени, се различава от общото. Този тип наследство се нарича кръстосано наследство, тъй като мъжете наследяват черти на майка, а жените наследяват черти на майка. Определени са черти, определени от гените, които се намират на половите хромозоми   свързани с пода.  Примерите за свързани с пола черти са рецесивни признаци на хемофилия и цветна слепота, които се проявяват главно при мъжете, тъй като в хромозомата Y няма алелни гени. Жените страдат от такива заболявания само ако са получили такива признаци както от бащата, така и от майката.

Например, ако една майка е хетерозиготен носител на хемофилия, тогава при половината от синовете й ще се наруши коагулацията на кръвта: Hn - нормална коагулация на кръвта X з  - кръвотечение в кръвта (хемофилия)

Знаците, кодирани в гените на Y хромозомата, се предават изключително чрез мъжката линия и се наричат   golandricheskimi  (присъствие на мембрана между пръстите на краката, увеличаване на растежа на косата на ръба на ушната мида).

Генно взаимодействие

Проверката на моделите на независимо наследство в различни обекти още в началото на 20-ти век показа, че например, когато нощната красота пресича растения с червено и бяло ореол, хибридите от първото поколение имат розови джанти, докато във второто поколение има хора с червено и розово и бели цветя в съотношение 1: 2: 1. Това накарало изследователите да вярват, че алеличните гени могат да имат определено влияние една на друга. Впоследствие беше установено, че нелелесните гени допринасят за проявяването на признаци на други гени или ги подтискат. Тези наблюдения стават основата на идеята за генотипа като система от взаимодействащи гени. В момента съществуват взаимодействия на алелни и нелелични гени.

Взаимодействието на алелните гени включва пълно и непълно доминиране, кодоминиране и преобладаване.   Пълно господство  те обмислят всички случаи на взаимодействие на алелни гени, в които се наблюдава само господстваща черта в хетерозигот, като например цвета и формата на семената в грах.

Непълно доминиране  е вид взаимодействие на алелични гени, при които проявата на рецесивен алел в по-голяма или по-малка степен отслабва проявлението на господстващото, както в случая на оцветяването на красивата нощна корола (бяло + червено = розово) и говедата.

Kodominirovaniem  наричаме този тип взаимодействие на алелични гени, в които се появяват и двете алели, без да се отслабват ефектите един на друг. Типичен пример за кодоминиране е наследствеността на кръвните групи от системата ABO (Таблица 3.2). IV (AB) кръвна група при хора (генотип - I A I B).

Както може да се види от таблицата, кръвните групи I, II и III се наследиха според вида на пълното господство, докато IV (AB) групата (генотип - I A I B) е случай на космонанс.

superdominance  - това е феномен, в който в хетерозиготното състояние доминиращата черта изглежда много по-силна, отколкото в хомозиготното състояние; Overdominance често се използва при размножаване и се смята за причина   хетерозис  - феномени на хибридна мощност.

Специален случай на взаимодействие на алелни гени може да се счита за така нареченото   смъртоносните гени който в хомозиготно състояние води до смъртта на организма, най-често в ембрионалния период. Причината за смъртта на потомството е плейотропният ефект на гените за сивия цвят на вълната в астраханската овца, платиновия цвят на лисиците и отсъствието на люспи в огледалните шапки. Когато две индивиди, хетерозиготни за тези гени, са пресечени, разделянето на тест-черта в потомството ще бъде 2: 1 поради смъртта на 1/4 от потомството.

Основните типове взаимодействие на нелеличните гени са допълняемостта, епистазата и полимерите.   допълване  - това е вид взаимодействие на нелелични гени, при които присъствието на поне два господстващи алела от различни двойки е необходимо за проявяването на определено състояние на черта. Например, тиква при преминаване на растения със сферични   (ААбб)   и дълго   (ААВВ)  първо поколение плодове се появяват растения с дискоидни плодове   (AAVб).

K   epistasis  включват такива явления на взаимодействие на нелелични гени, в които един не-алел ген потиска развитието на чертата на друг. Например, при пилетата цветът на оперението се определя от един господстващ ген, докато другият доминиращ ген инхибира развитието на цвета, в резултат на което повечето пилета имат бели пера.

полимери  наречен феномен, в който нелеличните гени имат същия ефект върху развитието на свойството. По този начин, количествените атрибути най-често се кодират. Например, цветът на кожата на човека се определя от най-малко четири двойки непалетни гени - колкото по-доминантни алели в генотипа, толкова по-тъмна е кожата.

Генотипът като цялостна система

Генотипът не е механичната сума на гените, тъй като възможността за проявление на ген и формата на неговата проява зависи от условията на околната среда. В този случай околната среда означава не само околната среда, но и генотипната среда - други гени.

Проявлението на качествени признаци рядко зависи от условията на околната среда, въпреки че ако херметичен заек отрязва част от тялото с бяла вълна и прилага балонче с лед, тогава с времето ще растат черната вълна на това място.

Развитието на количествените характеристики е много по-зависимо от условията на околната среда. Например, ако модерните сортове пшеница се отглеждат без използването на минерални торове, тогава добивът им ще се различава значително от генетично програмираните 100 или повече центрове на хектар.

По този начин в генотипа се записват само "способностите" на организма, но те се проявяват само в взаимодействие с условията на околната среда.

В допълнение, гените взаимодействат един с друг и, веднъж в един и същ генотип, могат силно да повлияят на проявлението на действието на съседни гени. По този начин за всеки отделен ген има генотипна среда. Възможно е развитието на някаква черта да е свързано с действието на много гени. В допълнение, се разкрива зависимостта от няколко черти върху един ген. Например, при овес цветът на скалите и дължината на гръбнака на семената се определят от един ген. В Drosophila, генът на бялото оцветяване на окото едновременно засяга цвета на тялото и вътрешните органи, дължината на крилата, намалената плодовитост и намалената продължителност на живота. Не е изключено, че всеки ген е едновременно генът на главното действие за неговата "собствена" черта и модификатор за други черти. По този начин фенотипът е резултат от взаимодействието на гените на целия генотип с околната среда по време на онтогенизацията на индивида.

В тази връзка, известният руски генетик М. Е. Лобашев определи генотипа като   система от взаимодействащи гени.  Тази интегрална система се формира в процеса на еволюция на органичния свят, докато оцеляват само тези организми, в които взаимодействието на гени създава най-благоприятната реакция в онтогенезата.

Човешка генетика

За човека като биологичен вид, генетичните закони за наследственост и променливост, установени за растенията и животните, са напълно валидни. В същото време човешката генетика, която изучава законите на наследствеността и променливостта при хората на всички нива на тяхната организация и съществуване, заема специално място сред другите сектори на генетиката.

Човешки генетиците двете фундаментални и приложни науки, както е изследване наследил човешки болести, които сега са описани повече от 4 хиляди души. Той стимулира развитието на съвременните тенденции на общи и молекулярна генетика, молекулярна биология и клинична медицина. В зависимост от гледната точка на човешката генетика е разделена на няколко части, веселие в независимите науки: генетика на нормални човешки черти, медицинска генетика, генетика, поведение и интелект, човешки популационната генетика. В това отношение в наши дни човек като генетичен обект е изучаван почти по-добре от основните обекти на генетиката: Drosophila, arabidopsis и др.

Биосоциалните човешката природа на значителна отпечатък върху научните изследвания в своите генетика поради късния пубертет и големи пропуски във времето между поколенията, малкият брой на потомство, невъзможността насочени кръстове за генетичен анализ, липсата на изчистени линии, недостатъчно точността на регистрацията на наследствени черти и малки родословие, не е възможно да се създадат равни и строго контролирани условия за развитието на потомци от различни бракове, относително големи числа и слабо различаващи се хромозоми и невъзможността за експериментално получаване на мутации.

Методи за изследване на човешката генетика

Методите, използвани в човешката генетика, не са фундаментално различни от тези, които обикновено се приемат за други обекти - това е   генеалогично, двойно, цитогенетично, дерматоглифно, молекулярно биологично  и   статистически методи за популацията, метод за хибридизация на соматични клеткии   симулационен метод.  Използването им в човешката генетика отчита спецификата на човека като генетичен обект.

Двоен метод  Той помага да се определи приносът на наследствеността и влиянието на условията на околната среда върху проявата на черта, основана на анализа на съвпадението на тези черти в идентични и братски близнаци. По този начин повечето идентични близнаци имат един и същ вид кръв, око и цвят на косата, както и редица други признаци, докато и двата вида близнаци страдат от морбили.

Дерматоглифен метод  въз основа на изследването на индивидуалните характеристики на кожните рисунки на пръстите (дактилоскопия), дланите и ходилата на краката. На основата на тези признаци често позволява навременно откриване на наследствени заболявания, по-специално хромозомни аномалии като синдрома на Даун, Шерешевски Търнър и други.

Генеалогичен метод  - метод за изготвяне на родословие, с която се определят естеството на наследството на черти в процес на проучване, включително наследствени заболявания, както и прогнозирането на раждане на потомство със съответните характеристики. Той направи възможно идентифицирането на наследствената природа на такива заболявания като хемофилия, цветна слепота, хорея на Хънтингтън и други, още преди откриването на основните закони на наследствеността. При съставянето на родословието те водят записи за всеки член на семейството и отчитат степента на родство между тях. Освен това, въз основа на получените данни, генеалогичното дърво е изградено със специални символи (фиг. 3.13).

Генеалогичният метод може да се използва за едно семейство, ако има информация за достатъчен брой директни роднини на лице, чието родословие е съставено -   пробанд,  - по бащинските и майчините линии, в противен случай събира информация за няколко семейства, в които се проявява този симптом. Генеалогическото метод дава възможност да се определи не само унаследяването на характеристиката, но естеството на наследството: .. Доминиращо или рецесивен автозомно или полово-свързано и т.н. Така, портрети австрийски монарх Хабсбургите било констатирано наследство prognathism (силно изпъкнали долна устна) и "Royal хемофилия" потомците на британската кралица Виктория (фигура 3.14).

Решението на генетичните проблеми. Картографиране на кръстове

Всички разнообразни генетични задачи могат да бъдат сведени до три вида:

1. Уреждане на задачи.

2. Задачи за определяне на генотипа.

3. Задачи за установяване на вида наследство на характера.

характеристика на   сетълмент задачи  е наличието на информация за наследството на чертата и фенотипите на родителите, с които е лесно да се установят генотипите на родителите. Те изискват установяване на генотипове и потомствени фенотипове.

Фиг. 72. Бактерии и едноклетъчни гъби: 1 - Е. coli; 2 - дрожди

Помнете кои царства са разделени на всички организми. Помислете за фигури 72, 73. Какви са структурните характеристики на едноклетъчните организми? Помислете за фигури 74, 75. Как се различават колониалните организми от едноклетъчните организми? Сравнете много клетъчни и едноклетъчни организми. Какви са техните значителни различия?

Тялото (от латинския. Тялото - подрежда, дава тънък вид) - е биологична система, състояща се от взаимосвързани части, функциониращи като едно цяло. За всеки организъм са характерни всички признаци на живот: метаболизъм и преобразуване на енергията, раздразнителност, наследственост и променливост, растеж, развитие и репродукция. Организмите, които живеят на Земята, са много разнообразни по структура: едноклетъчни, колониални и многоклетъчни. В същото време, прокариотите се намират само сред едноклетъчни организми, а всички колониални и многоклетъчни организми са еукариоти.

Едноклетъчни организми. Най-простите форми на организмите са едноклетъчни. Те се намират сред всички основни царства на живата природа: бактерии, растения, животни и гъбички (Фиг. 72, 73). Едноклетъчните организми са често срещани във водата, почвата, въздуха, както и в органи на многоклетъчни организми. Едноклетъчните организми успешно се приспособяват към различни условия на живот и представляват почти половината от масата на всички организми на Земята. Някои от тях са авто, а други са хетеротрофи.

Фиг. 73. Еднокръвни водорасли и протозои: 1 - хлорела; 2 - амеба обикновена, вълнуваща ipfusorium-обувка

Характерна особеност на едноклетъчната - сравнително проста структура на тялото. Това е клетка, която има всички основни характеристики на един независим организъм. Органелите (от латинската. Organelles са намаляващи на органа, т.е. малки органи) клетки, като органите на многоклетъчните организми, изпълняват различни функции. Unicellular възпроизвежда доста бързо и при благоприятни условия за един час може да доведе до две, а понякога и до три поколения. При неблагоприятни условия те могат да образуват спори, покрити с гъсти черупки. Процесите на жизненоважна дейност при спорове практически липсват. При благоприятни условия спорът се превръща в активно функционираща клетка.

Прокариотните едноклетъчни организми влизат само в областта на бактериите. Едноклетъчните еукариоти се намират в другите кралства на дивата природа. В царството, Растенията са еднокръвни водорасли, в царството Животните са най-простите, в царството Гъбите са едноклетъчни гъби мая.

Колониални организми.  Много учени смятат, че колониалните организми преминават от едноклетъчни до многоклетъчни форми на живот. В примитивна форма това явление се наблюдава в прокариотите, бактериите, които, когато се разделят, формират колонии. И за всеки тип бактерии се характеризира със своята специфична форма на колонията. Те синтезират определени ензими, които им позволяват да използват по-ефективно хранителни вещества. При неблагоприятни условия клетките на такава колония образуват спори, които позволяват на тялото да оцелее.

Колониите могат да се образуват и зелени водорасли. Най-интересно в това отношение е колонията на волвокса, която по-близко прилича на многоклетъчен организъм (фиг.74). Координираното побой на фланела осигурява насочено движение. Репродуктивните клетки, отговорни за репродукцията, са разположени от едната страна на колонията. Благодарение на тях се формират дъщерни колонии вътре в майчината колония, които след това се разделят и се пренасят в независимо съществуване.

Фиг. 74. Колониална водорасло Volvox: 1 - появата на колонията: 2 - структурата на отделните клетки, свързани помежду си чрез нишки на цитоплазмата

Многоклетъчни организми.  Въпреки че едноклетъчните са многобройни и широко разпространени на Земята, в сравнение с тях, многоклетъчните организми имат няколко предимства. На първо място, те могат да използват ресурсите на околната среда, недостъпни за една клетка. Например, наличието на множество клетки, образуващи различни тъкани и органи, позволява на дървото или храстите да достигнат голям размер, като използват корени, за да осигурят вода и минерално хранене за себе си, и да създават органични вещества в зелени листа. Многоклетъчните животни, благодарение на тъканите и органите, са по-способни да получат храна и да разработят нови местообитания.

Фиг. 75. Тъкани от многоклетъчни организми: 1 - растителна тъкан (първична фотосентика); 2 - животинска тъкан (клетъчен епител)

В многоклетъчен организъм клетките са много разнообразни, но винаги можете да изберете групи клетки, които са сходни по структура и функция. Групи от клетки и екстрацелуларното вещество на многоклетъчен организъм, имащи същата структура, произход и изпълняващи подобни функции, се наричат ​​тъкани (Фигура 75). Специализацията на клетките за изпълнение на определени функции повишава ефективността на целия организъм.

Различни тъкани се комбинират в органи, които на свой ред образуват органни системи. Вътрешните органи и органите са характерни за животните. Растенията имат леко различна структура от органи, но също така се състоят от различни тъкани.

Неклетъчни форми на живот

Вируси.  В допълнение към организмите, които имат клетъчна структура, съществуват не-клетъчни форми на живот - вируси (от Lat Virus - отрова). Техните свойства позволяват, от една страна, да ги разглеждат като живи органи на природата, а от друга страна, да ги разглеждат като молекули на неживата природа. Вирусите имат наследственост и променливост. В същото време те не са способни на независим метаболизъм, преобразуване и възпроизвеждане на енергия. Ето защо, вирусите са преходна група между анимираната и неживата природа.

Фиг. 76. Дмитрий Йосифович Ивановски (1864-1920)

Вирусите са толкова малки, че преди появата на електронен микроскоп тяхното естество остава неясно. Активното изследване на вирусите започва едва през втората половина на ХХ век. В същото време се формира отделна вирусна наука - вирусология. В момента изследването на вирусите е много интензивно, открито много нови видове от тях.

Частиците от вируси имат симетрична структура и разнообразни форми (Фигура 77). Сред тях са полихедрата (вирус на полиомиелит и херпес вирус), пръчковидна форма (тютюнев мозаечен вирус) и неправилно овална форма (грипен вирус).

Фиг. 77. Вирус на тютюневата мозайка: 1 - тютюнево растение, засегнато от вируса; 2 - електронна снимка на вируса; 3 - схема на структурата

Вирусите имат много примитивна структура. Отделни частици вируси - вириони, състоящи се от нуклеинова киселина и протеини. Нуклеиновата киселина служи като наследствен апарат от вируси и може да бъде представена като ДНК молекула и РНК. Той е ядрото на вируса и е защитен от капсула. Капсулата е изградена от различни протеинови молекули, чието оформление определя външната структура на вириона. Някои представители на вируси, в допълнение към капсулата, могат да имат допълнителна мембрана от протеини и липиди.

Вирусите причиняват различни заболявания на растения, животни, хора и бактерии.

Фиг. 78. Структурата на бактериофагния вирус: 1-белтъчна капсула; 2 - вирусна ДНК; 3 - яка: 4 - опашка; 5 - основна плоча с шипове; 6 - конците на опашката

Вирусът на човешкия имунодефицит (ХИВ) причинява синдрома на придобитата от СПИН синдром на имунната недостатъчност (Фигура 79). ХИВ вирионите са кръгли. Навън те са покрити с протеин-липидна мембрана. Под мембраната е междинна протеинова капсула. Вътре е генетичният апарат на ХИВ - две РНК молекули.

Фиг. 79. Вирус на човешката имунна недостатъчност (HIV): 1-белтъчна капсула; 2 - ензимни молекули; 3-РНК; 4 - липидна мембрана; 5 - мембранни протеини

Когато ХИВ навлезе в човешката кръв, тя заразява белите кръвни клетки, които са отговорни за имунната система на организма. Засегнатите бели кръвни клетки умират или престават да разпознават чужди патогенни бактерии и анормални човешки клетки, които се образуват в резултат на нарушаване на нормалното клетъчно делене. В резултат на това човек, заразен с HIV вирус, умира от инфекциозно заболяване, тъй като левкоцитите са неактивни и не продуцират протеини на антитяло. Смъртта на човек може да дойде от рак, което води до пролиферация на анормални клетки. Учените интензивно търсят лекарства, които могат да защитят или излекуват тази най-сериозна инфекциозна болест на човечеството.

Упражнения по материала

1. Дайте определение за организъм. Какви характеристики трябва да притежава като независима биологична система?
2. Посочете общите признаци на едноклетъчни организми.
3. Каква е усложнението на организацията при прехода от едноклетъчни прокариоти към еукариоти?
4. Назовайте едноклетъчните представители на всяко царство на организми.
5. Как може да се обясни високите способности за адаптиране на едноклетъчните организми?
6. Как са колониални организми различни от едноклетъчни и многоклетъчни?
7. Каква е основната разлика между клетките на многоклетъчните и едноклетъчните организми?
8. Защо вирусите се смятат за преход между оживената и неживата природа?
9. Как се различават вирусите в структурата от бактериите?
10. Какви заболявания причиняват вируси в растения, животни и хора?
11. Каква е структурата на вируса-бактериофаг? Как човек използва бактериофагите?
12. Каква е структурата на човешкия имунодефицитен вирус (HIV)? Какво заболяване причинява ХИВ? Какво се проявява в него?