§19. Raznolikost organizama. Stanični i ne-stanični oblici života

Živi svijet ispunjen je vrtoglavim nizom živih bića. Većina organizama se sastoji od samo jedne stanice i nisu vidljive golim okom. Mnogi od njih postaju vidljivi samo pod mikroskopom. Drugi, kao što su kunić, slon ili bor, kao i ljudi, sastoje se od mnogih stanica, a ti multicelularni organizmi u velikom broju također nastanjuju cijeli naš svijet.

Građevni blokovi života

Strukturne i funkcionalne jedinice svih živih organizama su stanice. Oni su također nazvani zgradama života. Svi su živi organizmi sastavljeni od stanica. Ove strukturalne jedinice otkrile su Robert Hooke 1665. Kod ljudi postoji stotinu trilijuna stanica. Veličina jedne je oko deset mikrometara. Stanica sadrži celularne organele koji kontroliraju njegovu aktivnost.

Postoje jednostanični i višestanični organizmi. Prvi se sastoji od jedne stanice, na primjer bakterija, a potonje uključuju biljke i životinje. Broj ćelija ovisi o vrsti. Veličina većine biljnih i životinjskih stanica iznosi između jednog i sto mikrometara pa su vidljivi pod mikroskopom.

Unicellularni organizmi

Ta sitna bića sastoje se od jedne stanice. Amoebas i ciliati su najstariji oblici života koji su postojali prije oko 3,8 milijuna godina. Bakterije, arhea, protozoa, neke alge i gljivice glavne su skupine jednostaničnih organizama. Postoje dvije glavne kategorije: prokarioti i eukarioti. Također se razlikuju po veličini.

Najmanji su oko tri stotine nanometara, a neki mogu doseći veličine do dvadeset centimetara. Takvi organizmi obično imaju čilije i flagelu koji im pomažu da se pomaknu. Imaju jednostavno tijelo s osnovnim funkcijama. Reprodukcija može biti aseksualna i seksualna. Hrana se obično provodi u procesu fagocitoze, gdje se čestice hrane apsorbiraju i pohranjuju u posebnim vakuumima koji su prisutni u tijelu.

Multicelularni organizmi

Živa bića koja se sastoje od više od jedne stanice nazivaju se višestaničnim. Oni se sastoje od jedinica koje su identificirane i pričvršćene jedna na drugu, stvarajući složene višestanične organizme. Većina ih je vidljiva golim okom. Organizmi kao što su biljke, neke životinje i alge, pojavljuju se iz jedne stanice i rastu u multi-lančane organizacije. Obje kategorije živih bića, prokariota i eukariota mogu pokazivati višespojnost.

Mehanizmi višestaničnosti

Postoje tri teorije kako bi se raspravljalo o mehanizmima koji mogu proizaći iz multikularnosti:

Simbiotička teorija navodi da je prva stanica višestaničnog organizma nastala zbog simbioze raznih jednostaničnih vrsta, od kojih svaka obavlja različite funkcije.
Sincizijska teorija tvrdi da se višestanični organizam nije mogao razviti iz jednostaničnih bića s nekoliko jezgri. Takvi najjednostavniji, poput ciliata i mukoznih gljiva imaju nekoliko jezgri, čime se podupire ova teorija.
Kolonijalna teorija tvrdi da simbioza mnogih organizama iste vrste vodi evoluciji višestaničnog organizma. Predložio ga je Haeckel 1874. Većina višestaničnih formacija nastaje zbog činjenice da se stanice ne mogu odvojiti nakon postupka podjele. Primjeri koji podupiru ovu teoriju su alge Volvox i Eudorin.

Prednosti multicelularnosti

Koji organizmi - višestanični ili jednostanični - imaju više prednosti? Ovo pitanje je vrlo teško odgovoriti. Multicelularnost organizma dopušta da prekorači granice veličine, povećava složenost organizma, omogućujući mu diferenciranje brojnih staničnih linija. Reprodukcija se događa pretežno kroz seks. Anatomija višestaničnih organizama i procesi koji se pojavljuju u njima su prilično složeni zbog prisutnosti različitih tipova stanica koje kontroliraju njihov život. Uzmi, primjerice, podjelu. Ovaj proces mora biti precizan i dobro koordiniran kako bi se spriječio abnormalni rast i razvoj višestaničnog organizma.

Primjeri višestaničnih organizama

Kao što je gore spomenuto, višestanični organizmi su dva tipa: prokarioti i eukarioti. Prva je uglavnom bakterija. Neki cijanobakteri, kao što su chara ili spirogyra, također su višestanični prokarioti, ponekad i zvani kolonijalni. Većina eukariotskih organizama također se sastoji od mnogih jedinica. Oni imaju dobro razvijenu strukturu tijela i imaju posebne organe za obavljanje određenih funkcija. Većina dobro razvijenih biljaka i životinja su višestanični. Primjeri su gotovo sve vrste gymnosperms i angiosperms. Gotovo sve životinje su višekorisnute eukariote.

Značajke i znakovi višestaničnih organizama

Postoji mnoštvo znakova pomoću kojih se lako može utvrditi je li organizam višestanični ili ne. Može se identificirati sljedeće:

Imaju prilično složenu organizaciju tijela.
Specijalizirane funkcije provode različite stanice, tkiva, organi ili organski sustavi.
Podjela rada u tijelu može biti na staničnoj razini, na razini tkiva, organa i razine organskih sustava.
To su uglavnom eukarioti.
Ozljede ili smrt nekih stanica globalno ne utječu na tijelo: zahvaćene stanice će biti zamijenjene.
Zbog svoje multicelularnosti, tijelo može doseći velike veličine.
U usporedbi s jednostaničnim, oni imaju duži životni ciklus.
Glavna vrsta reprodukcije je seksualna.
Razlikovanje stanica je osobito samo za višestanične.

Kako rastu višestanični organizmi?

Sva bića, od malih biljaka i insekata do velikih slonova, žirafa, pa čak i ljudi, počinju putovati kao pojedinačne jednostavne stanice zvane oplođena jaja. Kako bi se razvili u veliki organizam za odrasle, prolaze kroz nekoliko specifičnih razvojnih stadija. Nakon oplodnje jaja počinje proces višestaničnog razvoja. Kroz putovanje dolazi do rasta i višestrukog podjele pojedinih stanica. Ova replikacija u konačnici stvara krajnji proizvod koji je složeno, potpuno oblikovano živo biće.

Razdvajanje stanica stvara niz složenih modela, određenih genomima, koji su gotovo identični u svim stanicama. Ova raznolikost dovodi do ekspresije gena, koja kontrolira četiri faze razvoja stanica i embrija: proliferaciju, specijalizaciju, interakciju i kretanje. Prva uključuje replikaciju mnogih stanica iz jednog izvora, drugi se odnosi na stvaranje stanica s odabranim, definiranim karakteristikama, treći uključuje distribuciju informacija između stanica, a četvrta je odgovorna za stavljanje stanica u tijelo u obliku organa, tkiva, kostiju i drugih fizičke osobine razvijenih organizama.

Nekoliko riječi o klasifikaciji

Među višestaničnim stvorenjima postoje dvije velike skupine:

beskralježnjaci (spužve, annelidi, artropodi, mekušci i drugi);
akord (sve životinje koje imaju aksijalni kostur).

Važan korak u cijeloj povijesti planeta bio je pojava višeslojnosti u procesu evolucijskog razvoja. To je služilo kao snažan poticaj za povećanje biološke raznolikosti i njegov daljnji razvoj. Glavna značajka višestaničnog organizma je jasna distribucija staničnih funkcija, odgovornosti, kao i uspostavljanje i uspostavljanje stabilnih i snažnih kontakata između njih. Drugim riječima, to je velika kolonija stanica, koja je u stanju održati fiksnu poziciju tijekom životnog ciklusa živog bića.

Natrag naprijed

Upozorenje! Pregled prezentacije koristi se samo u informativne svrhe i ne može pružiti uvid u sve mogućnosti prezentacije. Ako ste zainteresirani za ovaj rad, preuzmite punu verziju.

Svi živi organizmi su podijeljeni brojem stanica: jednostanični i višestanični.

Unicellularni organizmi uključuju: jedinstven i nevidljiv golim oku bakterija i protozoa.

bakterijamikroskopski jednostanični organizmi u rasponu veličine od 0,2 do 10 mikrona. Tijelo bakterija sastoji se od jedne stanice. U bakterijskim stanicama nema jezgre. Među bakterijama su mobilni i nepokretni oblici. Pomiče se s jednim ili više flagella. Stanice su različite u obliku: sferične, štapiće, zavojene, u obliku: spirale, zarez.

bakterijakoji se nalaze svugdje, nastanjuju sva staništa. Najveći broj njih nalazi se u tlu na dubini od 3 km. Pronađeno je u svježoj i slanoj vodi, na glečerima iu vrućim izvorima. Mnogo ih je u zraku, u životinjama i biljkama. Nije iznimka i ljudsko tijelo.

bakterijaosebujnih naručitelja našeg planeta. Oni uništavaju složenu organsku materiju leševa životinja i biljaka, čime doprinose formiranju humusa. Obratite humus u minerale. Oni asimiliraju dušik iz zraka i obogaćuju tlo s njom. Bakterije se koriste u industriji: kemikalija (za proizvodnju alkohola, kiselina), u medicinskoj industriji (za proizvodnju hormona, antibiotika, vitamina i enzima), hrane (za proizvodnju fermentiranih mliječnih proizvoda, povrća za kiseljenje i proizvodnju vina).

Svi protozoi sastoje se od jedne stanice (i samo uređene), ali ova stanica je cijeli organizam, vodeći neovisno postojanje.

Amoeba (mikroskopska životinja) slično malom (0,1-0,5 mm), bezbojnom želatinastom čvoru, stalno mijenja svoj oblik ("ameba" znači "promjenjivo"). Sastoji se od bakterija, algi i drugih protozoa.

Papučica Ciliatesa (mikroskopska životinja, tijelo je oblikovano poput cipele) - ima izduženo tijelo dužine od 0,1 do 0,3 mm. Ona pliva uz pomoć cilijaka koja pokriva svoje tijelo, tupim krajem naprijed. Sastoji se od bakterija.

Euglena Green - tijelo je izduženo, oko 0,05 mm. Pomiče se s flagellumom. Hrani se kao biljka u svjetlu, i poput životinje u mraku.

amebamogu se naći u malim ribnjacima s nagnutim dnom (s onečišćenom vodom).

Papučica Ciliatesa - stanovnik rezervoara s onečišćenom vodom.

Euglena Green - živi u ribnjacima zagađenim trulim lišćem u lokvama.

Papučica Ciliatesa - čisti ribnjake bakterija.

Nakon smrti najjednostavnijih vapna naslage formiraju se (na primjer, krede) za druge životinje. Najjednostavniji patogeni raznih bolesti, među kojima su i mnogi opasni, vodeći pacijenti do smrti.

Koncept sustava

Obrazovni zadaci:

predstaviti studente predstavnicima jednostaničnih organizama; njihova struktura, prehrana, vrijednost;
nastaviti formirati komunikativne vještine, raditi u paru (grupa);
nastaviti formirati vještine: usporediti, sažeti, izvući zaključke pri obavljanju zadataka (usmjerenih na konsolidaciju novog materijala).

Vrsta nastave: Lekcija u učenju novog materijala.

Vrsta nastave: produktivno (pretraživanje), koristeći ICT.

Metode i tehnike

vidni - Slideshow ("Kraljevstva divljih životinja", "Bakterija", "Protozoa");
glagolski - razgovor (poučan razgovor); anketa: frontalni, pojedinačni; objašnjenje novog materijala.

Alati za učenje: Slideshows: Bakterije, protozoe, udžbenik.

Tijek lekcije

I. Organizacija klase (3 min.)

II. Domaći rad (1-2 min.)

III. Ažuriranje znanja (5-10 min.)

(Aktualizacija znanja počinje pokazivanjem crteža Kraljevstva divljine).

Pažljivo pogledajte sliku, koje su kraljevine organizmi prikazani na slici? (prezentacija 16 slide 1), (na bakterije, gljive, životinje, biljke).

Sl. 1 Kraljevstvo divljih životinja

Koliko kraljevstava prirode? (4) (postavlja se pitanje kako bi se znanje dovelo u sustav i došlo do dijagrama, slajd 2)

Koji su svi živi organizmi? (iz stanica)

Koliko i koje grupe mogu podijeliti svi živi organizmi? (slajd 3), (ovisno o broju ćelija)

* studenti ne mogu imenovati predstavnike jednostaničnih (** najvjerojatnije ne bi imali najjednostavnije, jer još nisu upoznati s njima).

IV. Tečaj lekcije (20-25 min.)

Sjetili smo se: kraljevstvo prirode; i u koje grupe su organizmi podijeljeni (prema broju stanica), neka pretpostavimo o onome što ćemo studirati danas. (Učenici izražavaju svoje mišljenje, nastavnik ih usmjerava i "vodi" na temu) (sl. 4).

Tema: Unicellularni organizmi

Što mislite da je svrha naše lekcije? (Pretpostavke studenata, nastavnik šalje, ispravlja).

cilj: Uvod u strukturu jednostaničnih organizama

Da bismo ispunili svoj cilj, idemo na "Putovanje u zemlju bakterija i protozoa" (sl. 6)

(Samostalni rad studenata s prezentacijama: "Bakterije" ( prezentacija 2), "Najjednostavniji" ( prezentacija 1) prema uputama učitelja)

(Prije početka rada, održava se fizički brojčanik letjelice, kliznite 5)

Tablica 1: Jednocelularne životinje(dijapozenti 7, 8)

Naziv jednostanično (ime: protozoa, bakterije)	Stanište (gdje žive?)	Hrana (tko ili što jedu?)	Veličina tijela (mm)	Vrijednost (koristi, šteta)
bakterija	svugdje (tlo, zrak, voda, itd.)	većina bakterija hrani organsku materiju	male veličine; stanice nemaju jezgru	liječnici, poboljšavaju plodnost tla, koriste se u prehrambenoj industriji, kako bi dobili lijekove
Najjednostavniji:
ameba	u ribnjacima	bakterija, algi, ostali protozoi	0,1-0,5, želatinozna lump	hrana za druge životinje, uzročnik ljudske i životinjske bolesti
Papučica Ciliatesa	u rezervoarima	od bakterija	0,1-0,3; slično cipeli, tijelo je prekriveno čilije	hrana za druge životinje, čisti ribnjake bakterija
Najjednostavniji:
Euglena Green	u ribnjacima, lokvama	Hrani se kao biljka u svjetlu, i poput životinje u mraku	0,05, izduženo tijelo, s flagellumom	hrana za druge životinje

Nakon toga slijedi rasprava o stolovima (i stoga i novom materijalu s kojim se dečki susreli tijekom "Putovanja").

(Nakon rasprave, vratite se na cilj, zar ne?)

(Učenici donose zaključke o načinu na koji takvi jednostanični organizmi ?, kliziti 9)

V. Sažetak lekcije (5 min.)

Razmišljanje o pitanjima:

Jesam li uživao u lekciji?
Tko mi se sviđa raditi s poukom više?
Što sam razumio iz lekcije?

reference:

Udžbenik: A. A. Pleshakov, N. I. Sonin. Priroda. Grade 5 - M .: Drofa, 2006.
Hare R.G., Rachkovskaya I.V., Stambrovskaya V.M. Biologija. Velika referenca za učenike. - Minsk: "Visoka škola", 1999.

3.2. Reprodukcija organizama, njezino značenje. Metode reprodukcije, sličnosti i razlike seksualne i aseksualne reprodukcije. Upotreba seksualne i aseksualne reprodukcije u ljudskoj praksi. Uloga meioze i gnojidbe u osiguravanju konstanta broja kromosoma u generacijama. Uporaba umjetne oplodnje u biljkama i životinjama.

3.3. Ontogeneza i njezini inherentni zakoni. Specijalizacija stanica, stvaranje tkiva, organa. Embrionalni i postembrijski razvoj organizama. Životni ciklusi i izmjena generacija. Uzroci oštećenog razvoja organizama.

3.5. Obrasci nasljeđa, njihova citološka osnova. Mono- i hibridni prijelaz. Uzorci nasljeđa koje je utvrdio G. Mendel. Povezano nasljeđivanje likova, poremećaj povezivanja gena. Zakoni T. Morgan. Kromosomska teorija nasljeđa. Genetski pod. Nasljeđivanje spolno povezanih osobina. Genotip kao cjelovit sustav. Razvoj genotipova znanja. Ljudski genom. Interakcija gena. Rješenje genetičkih problema. Prijelaz mapiranja. Zakoni G. Mendela i njihove citološke osnove.

3.6. Varijabilnost znakova u organizmima: modifikacija, mutacija, kombinacija. Vrste mutacija i njihovi uzroci. Vrijednost varijabilnosti u životu organizama i evoluciji. Stupanj reakcije

3.6.1. Varijabilnost, njezina vrsta i biološko značenje.

3.7. Štetni učinci mutagena, alkohola, lijekova, nikotina na genetskim aparatima stanice. Zaštita okoliša od kontaminacije mutagenima. Identifikacija izvora mutagena u okolišu (neizravno) i procjena mogućih posljedica njihovog utjecaja na vlastito tijelo. Naslijeđene ljudske bolesti, njihovi uzroci, prevencija.

3.7.1. Mutageni, mutageneza.

3.8. Odabir, zadaci i praktična vrijednost. Nastava N.I. Vavilova na središtima raznolikosti i podrijetla kultiviranih biljaka. Zakon homolognih serija u nasljednoj varijabilnosti. Metode uzgoja novih vrsta biljaka, životinjskih pasmina, sojeva mikroorganizama. Vrijednost genetike za uzgoj. Biološka osnova uzgoja kultiviranih biljaka i domaćih životinja.

3.8.1. Genetika i selekcija.

3.8.2. Metode rada I.V. Michurina.

3.8.3. Centri podrijetla kultiviranih biljaka.

3.9. Biotehnologija, stanični i genetički inženjering, kloniranje. Uloga teorije stanica u formiranju i razvoju biotehnologije. Vrijednost biotehnologije za razvoj uzgoja, poljoprivrede, mikrobiološku industriju, očuvanje genskog bazena planeta. Etički aspekti razvoja nekih istraživanja u biotehnologiji (ljudsko kloniranje, usmjerene promjene genoma).

3.9.1. Stanični i genetički inženjering. Biotehnologija.

Razni organizmi: jednostanični i višestanični; autotrofi, heterotrofi.

Unicellularni i višestanični organizmi

Izvanredna raznolikost živih bića na planetu prisiljava nas na pronalaženje različitih kriterija za njihovu klasifikaciju. Dakle, oni se nazivaju stanični i ne-stanični oblici života, budući da su stanice jedinica strukture gotovo svih poznatih organizama - biljaka, životinja, gljiva i bakterija, dok virusi nisu stanični oblici.

Ovisno o broju stanica koje čine tijelo i stupnju njihove interakcije, jednostanični, kolonijalni i višestanični organizmi se oslobađaju. Unatoč činjenici da su sve stanice morfološki slične i sposobne za obavljanje normalnih funkcija stanice (metabolizam, održavanje homeostaze, razvoja itd.), Stanice jednostaničnih organizama obavljaju funkcije cijelog organizma. Podjela stanica u jednostaničnom području podrazumijeva povećanje broja pojedinaca, au životnom ciklusu ne postoje višestanične faze. Općenito, u jednostaničnim organizmima, stanične i organizacijske razine organizacije se podudaraju. Jednostanična je velika većina bakterija, dio životinja (protozoe), biljke (neke alge) i gljivice. Neki taksonomi čak predlažu izoliranje jednostaničnih organizama u posebno kraljevstvo - protiste.

kolonijalan nazvanih organizama u kojima su, u procesu aseksualne reprodukcije, kćeri ostale povezane s majčinim organizmom, stvarajući više ili manje složenu asocijaciju - koloniju. Uz kolonije višestaničnih organizama, kao što su koraljni polipi, postoje i kolonije jednostaničnih organizama, posebice algi Pandorin i Eudorin. Izgleda da su kolonijalni organizmi bili međuprodukt u procesu pojave višestaničnih.

Multicelularni organizmiNema sumnje da imaju višu razinu organizacije od one-stanica, budući da njihovo tijelo oblikuje mnoštvo stanica. Za razliku od kolonijalnog, koji također može imati više od jedne stanice, u višestaničnim organizmima, stanice se specijaliziraju za obavljanje različitih funkcija, što se odražava iu njihovoj strukturi. Cijena ove specijalizacije je gubitak njihovih stanica od njihove sposobnosti da samostalno postoje i često reproduciraju vlastitu vrstu. Podjela jedne stanice dovodi do rasta višestaničnog organizma, ali ne i njezine reprodukcije. Ontogeniju višestaničnih organizama karakterizira proces uništavanja oplođenog jaja u mnoštvo blastomerskih stanica, od kojih se formira organizam s diferenciranim tkivima i organima. Multicelularni organizmi obično su veći od jednostaničnih organizama. Povećanje veličine tijela u odnosu na njihovu površinu pridonijelo je komplikaciji i poboljšanju metaboličkih procesa, formiranju unutarnjeg okruženja i, u konačnici, pružilo im veću otpornost na utjecaj na okoliš (homeostaza). Dakle, multicelularni imaju niz prednosti u organizaciji u usporedbi s jednostaničnim i predstavljaju kvalitativni skok u procesu evolucije. Nekoliko bakterija je višestanična, većina biljaka, životinja i gljivica.

Autotrofi i heterotrofi

Prema načinu prehrane, svi su organizmi podijeljeni u autotrofove i heterotrofove. Autotrofi mogu samostalno sintetizirati organske tvari iz anorganskih tvari, dok heterotrofi koriste isključivo pripremljene organske tvari.

Neki autotrofi mogu koristiti svjetlosnu energiju za sintezu organskih spojeva - takvi se organizmi zovu fotoautotrofi, sposobni su za fotosintezu. Foto autotrofi su biljke i dio bakterija. Chemoautotrofi, koji ekstrahiraju energiju oksidacijom anorganskih spojeva u procesu kemosinteze, usko su povezani s njima - to su neke bakterije.

saprotroph nazvanih heterotrofnih organizama koji se hrane organskim ostacima. Oni igraju važnu ulogu u cirkulaciji tvari u prirodi, jer osiguravaju završetak postojanja organskih tvari u prirodi, razgrađuju ih anorganskim. Dakle, saprotrofovi su uključeni u tvorbu tla, pročišćavanje vode, itd. Saprotrofi uključuju mnoge gljive i bakterije, kao i neke biljke i životinje.

Virusi - ne-stanični oblici života

Karakteristike virusa

Uz stanični oblik života, postoje i njegovi ne-stanični oblici - virusi, viroidi i prioni. Virusi (od Lat. Vira - otrov) nazivaju se najmanji živi objekti, nesposobni za očitovanje bilo kakvih znakova života izvan stanica. Činjenica njihova postojanja dokazala je 1892. ruski znanstvenik DI Ivanovsky, koji je utvrdio da je bolest duhanskih biljaka - takozvani duhanski mozaik - uzrokovan neobičnim patogenom koji prolazi kroz bakterijske filtre (Slika 3.1), ali samo 1917. godine "Errel je izdvojio prvi virus - bakteriofag Virusi su proučavani znanost o virologiji (lat. Vir - otrov i grčki) Logos - riječ, znanost).

Danas je poznato oko 1000 virusa, koje su klasificirane prema objektima oštećenja, oblika i drugih znakova, ali najčešće je klasifikacija prema svojstvima kemijskog sastava i strukture virusa.

Za razliku od staničnih organizama, virusi se sastoje samo od organskih tvari - uglavnom nukleinskih kiselina i proteina, ali neki virusi također sadrže lipide i ugljikohidrate.

Svi virusi su uobičajeno podijeljeni na jednostavne i složene. Jednostavni virusi sastoje se od nukleinske kiseline i proteinske ljuske - kapsida. Kapsid nije monolitan, sastavljen je od proteina podjedinica - kapsomera. U složenim virusima kapsid je prevučen membranom lipoproteina - supersakapsidom, koji također sadrži glikoproteine i nestrukturne enzimske proteine. Najkompleksnija su struktura bakterijskih virusa - bakteriofaga (od grčke Bacterion - štapić i phagos - eater) koji imaju glavu i proces, ili "rep". Glava bakteriofaga formirana je kapsidom proteina i u njemu zatvorena nukleinska kiselina. U repu je unutar nje protezena vrećica za bjelančevine i šuplja šipka. U donjem dijelu štapa nalazi se posebna ploča s šiljcima i nitima koji su odgovorni za interakciju bakteriofaga s površinom stanice.

Za razliku od staničnih oblika života, koji imaju i DNK i RNK, samo je jedna vrsta nukleinskih kiselina prisutna u virusima (bilo DNA ili RNA), tako da su podijeljeni u DNA viruse oftogona, herpes simplexa, adenovirusa, nekih hepatitisa virusa i bakteriofage) i viruse koji sadrže RNA (duhanski mozaik virusi, HIV, encefalitis, ospice, rublja, bjesnoća, gripa, drugi hepatitis virusi, bakteriofagi itd.). U nekim virusima, DNA se može prikazati jednolančanim molekulama, a RNA - s dvostrukim lancem.

Budući da virusi nemaju organele pokreta, infekcija se javlja izravnim kontaktom virusa sa stanicom. To se uglavnom događa kroz kapljice u zraku (gripa), kroz probavni sustav (hepatitis), krv (HIV) ili transporter (virus encefalitisa).

Neposredno u stanicu, virusi se mogu slučajno dobiti, s tekućinom apsorbiranom pinocitozom, ali češće ih prethodi kontakt s staničnom membranom stanice domaćina, što rezultira virusnom nukleinskom kiselinom ili cijelom virusnom česticom u citoplazmi. Većina virusa ne prodire u bilo koju stanicu domaćina, ali strogo definirana, na primjer, hepatitis virusi inficiraju stanice jetre, a virusi influence infekciju sluznice gornjeg dišnog trakta, jer mogu komunicirati s specifičnim proteinima na staničnoj površini stanice. domaćina koji je odsutan u drugim stanicama.

Zbog činjenice da biljke, bakterije i gljivice imaju jake stanične zidove, virusi koji inficiraju ove organizme formirali su odgovarajuće prilagodbe penetraciji. Dakle, bakteriofagi, nakon interakcije s površinom stanice domaćina, "probiju" sa svojom jezgrom i injektiraju nukleinsku kiselinu u citoplazmu stanice domaćina (Slika 3.2). Kod gljivica, infekcija se javlja uglavnom kada su oštećene stanične stijenke, u biljkama je moguće spomenuti put, kao i penetraciju virusa kroz plazmodoksu.

Nakon prodiranja u stanicu dolazi do "uklanjanja" virusa, tj. Kapsida je izgubljena. Daljnji događaji ovise o prirodi virusne nukleinske kiseline: virusi koji sadrže DNA inzuliraju DNK u genom stanice domaćina (bakteriofage), a DNK se prvo sintetizira na RNK, koja se zatim umetne u genom stanice domaćina (HIV) ili može izravno dolazi do sinteze proteina (virus gripe). Reprodukcija virusne nukleinske kiseline i sinteza kapsidnih proteina pomoću aparata za sintezu proteina stanice su bitne komponente virusne infekcije, nakon čega se samouprave čestica virusa odvijaju i napuštaju stanicu. U nekim slučajevima, čestice virusa napuštaju stanicu, postupno otbechkovyv od nje, au drugim slučajevima postoji mikroskopija, praćena staničnom smrću.

Virusi ne samo da inhibiraju sintezu vlastitih makromolekula u stanici, nego također mogu uzrokovati oštećenja staničnih struktura, posebno tijekom izlaska iz stanica. To dovodi do, primjerice, masovne smrti industrijskih kultura bakterija mliječne kiseline u slučaju poraza nekih bakteriofaga, oslabljenog imuniteta uslijed uništavanja HIV T4 limfocita, koji su jedan od središnjih veza tjelesne obrane, brojnih krvarenja i smrti neke osobe zbog zaraze virusom Ebola ponovno rađanje stanica i stvaranje raka itd.

Unatoč činjenici da virusi koji su prodrli u stanicu često brzo potiskuju svoje sustave popravka i uzrokuju smrt, vjerojatno je i drugačiji scenarij - aktivacija tjelesnih obrana povezanih sa sintezom antivirusnih proteina, kao što su interferon i imunoglobulini. U tom slučaju reprodukcija virusa je prekinuta, nove čestice virusa se ne formiraju, a ostaci virusa se uklanjaju iz stanice.

Virusi uzrokuju brojne bolesti kod ljudi, životinja i biljaka. U biljkama, to je mozaik duhana i tulipana, kod ljudi - gripa, rublja, ospice, AIDS, itd. U povijesti čovječanstva, virusi malih boginja, "Španjolci", a sada i HIV, ubili su stotine milijuna ljudi. Međutim, infekcija također može povećati otpornost tijela na različite patogene (imunitet) i time doprinijeti njihovom evolucijskom napretku. Osim toga, virusi su sposobni "uhvatiti" dijelove genetske informacije stanica domaćina i prenijeti ih na sljedeću žrtvu, čime se osigurava tzv. Horizontalni prijenos gena, stvaranje mutacija i, u konačnici, nabavu materijala za evolucijski proces.

Danas se virusi često upotrebljavaju za proučavanje strukture i funkcija genetskog aparata, kao i načela i mehanizme za provedbu nasljednih informacija, a koriste se kao alat za genetsko inženjerstvo i biološku kontrolu patogena određenih bolesti biljaka, gljivica, životinja i ljudi.

AIDS i HIV bolesti

HIV (virus humane imunodeficijencije) otkriven je tek početkom 80-ih 20. stoljeća, no brzina širenja bolesti koju je prouzročila i nesposobnost liječenja u ovoj fazi razvoja medicine zahtijevaju veću pažnju na njega. Godine 2008. F. Barre-Sinussi i L. Montagnier dobili su Nobelovu nagradu za fiziologiju i medicinu za istraživanje HIV-a.

HIV je kompleksan virus koji sadrži RNA koji uglavnom utječe na T4 limfocite, koji koordiniraju rad cijelog imunološkog sustava (Slika 3.3). RNA virusa je sintetizirana enzimskom RNA-ovisnom DNA polimerazom (reverznom transkriptazom) koja je umetnuta u genom stanice domaćina, transformirana u provirus i "skrivena" na neodređeno vrijeme. Kasnije, čitanje informacija o virusnoj RNK i proteinima, koje se skupljaju u virusne čestice i gotovo ga istodobno napuštaju, osuđuju na smrt, počinje od ovog segmenta DNA. Virusne čestice inficiraju sve nove stanice i dovode do smanjenja imuniteta.

HIV infekcija ima nekoliko faza, s dugim vremenom osoba može biti nositelj bolesti i inficirati druge ljude, no bez obzira koliko dugo to razdoblje traje, još se javlja posljednja faza, koja se naziva sindrom stečene imunodeficijencije ili AIDS-a.

Bolest se odlikuje smanjenjem, a zatim potpunim gubitkom imuniteta tijela na sve patogene. Simptomi AIDS-a su kronične lezije sluznice usta i kože, patogeni virusnih i gljivičnih bolesti (herpes, kvasac, itd.), Teška upala pluća i druge bolesti povezane s AIDS-om.

HIV se prenosi seksualno, kroz krv i druge tjelesne tekućine, ali se ne prenosi rukama i svakodnevnim predmetima. U početku, u našoj zemlji, infekcija HIV-om bila je češće povezana s neprimjerenim seksualnim odnosima, posebice homoseksualnim, injekcijskim ovisnostima o drogama, transfuzijom zaražene krvi, istovremeno, epidemija je prešla rizične skupine i brzo se širi drugim kategorijama stanovništva.

Glavno sredstvo sprečavanja širenja zaraze HIV-om je uporaba kondoma, diskriminacija u seksu i neiskorištenje lijekova.

Mjere za sprječavanje širenja virusnih bolesti

Glavno sredstvo za sprječavanje virusnih bolesti u ljudi nosi gaze veze kad dođu u kontakt s bolesnim dišnim bolestima, pranje ruku, povrća i voća, uklanjanje zaraženih virusnih bolesti, cijepljenje protiv encefalitis krvi, sterilizacija medicinskih instrumenata u bolnicama itd. Kako bi se izbjegla infekcija HIV također treba prestati koristiti alkohol, lijekove, imati jednog seksualnog partnera, koristiti osobnu zaštitnu opremu za seksualne odnose kontakti, itd.

viroidi

Viroidi (od lat. Virusa - otrov i grčki Eidos - oblik, tip) - to su najmanji patogeni biljnih bolesti, koji uključuju samo RNA niske molekularne težine.

Njihova nukleinska kiselina vjerojatno ne kodira vlastite proteine, već se samo reproducira u stanicama biljke domaćina koristeći svoje enzimske sustave. Često, također, može smanjiti DNK stanice domaćina u nekoliko komada, čime uništava stanicu i biljku kao cjelinu do smrti. Dakle, prije nekoliko godina, viroidi su na Filipinima ubili milijune kokosovih dlana.

prioni

Prioni (skraćeno: Proteinaste zarazne i -on) su male zarazne agense proteinske prirode, koje imaju oblik niti ili kristala.

Isti sastav bjelančevina je u normalnoj ćeliji, ali prioni imaju posebnu tercijarnu strukturu. Kad ulaze u tijelo hranom, pomažu odgovarajućim "normalnim" proteinima da steknu odgovarajuću strukturu samih priona, što dovodi do nakupljanja "abnormalnih" bjelančevina i nedostatka normalnih bjelančevina. Naravno, to uzrokuje disfunkciju tkiva i organa, naročito središnjeg živčanog sustava, i razvoj trenutno neizlječivih bolesti: "ludog kravljeg stanja", Creutzfeldt-Jacobove bolesti, kuru itd.

Reprodukcija organizama, njezino značenje

Sposobnost organizama da reproduciraju svoju vrstu je jedna od temeljnih svojstava živih. Unatoč činjenici da je život kao cjelina kontinuiran, životni vijek pojedinca je konačan, tako da prijenos nasljednih informacija s jedne generacije na drugu, kada se reproducira, osigurava opstanak ove vrste organizma kroz dugo vremensko razdoblje. Dakle, reprodukcija osigurava kontinuitet i kontinuitet života.

Obvezni uvjet za reprodukciju je da dobije više potomaka od roditeljskih pojedinaca, budući da neće svi potomci moći živjeti u toj fazi razvoja na kojem će moći roditi, kako ih mogu uništiti grabežljivci, umrijeti od bolesti i prirodnih katastrofa poput požara, poplave itd.

Metode reprodukcije, sličnosti i razlike između seksualne i aseksualne reprodukcije

U prirodi postoje dva glavna načina reprodukcije - aseksualna i seksualna.

Aseksualna reprodukcija je način reprodukcije, u kojem se ne odvija ni spajanje specijaliziranih zametnih stanica - gamete - i samo jedan roditeljski organizam sudjeluje u njemu. Temelj aseksualne reprodukcije je dioba mitotičke stanice.

Ovisno o tome koliko stanica majčinog organizma dovodi do nove individualne, aseksualna reprodukcija podijeljena je na same aseksualne i vegetativne. Uz aseksualnu reprodukciju, kći individua razvija se iz jedne stanice majčinog organizma, i vegetativno, iz skupine stanica ili cijelog organa.

U prirodi postoje četiri glavna tipa aseksualne reprodukcije: binarnu podjelu, višestruku podjelu, sporulaciju i jednostavnu pupi.

Binarna podjela je u biti jednostavna mitotička podjela majčinog organizma jednog staničnog tijela, u kojemu jezgra najprije dijeli, a zatim citoplazmu. To je karakteristično za različite predstavnike biljnih i životinjskih kraljevstava, kao što su ameba proteus i ciliates cipele.

Višestruku podjelu ili šizofoniju prethodi ponovljena podjela jezgre, nakon čega se citoplazma dijeli na odgovarajući broj fragmenata. Ova vrsta aseksualne reprodukcije događa se u jednostaničnim životinjama - sporozanima, na primjer, u plazmazijadi malarije.

Mnoge biljke i gljivice u životnom ciklusu formiranja spora - jednostaničnih specijaliziranih formacija koje sadrže hranjive tvari i prekrivene gustim zaštitnim ljuskom. Spore se šire pomoću vjetra i vode, a pod povoljnim uvjetima klijaju, što dovodi do novog višestaničnog organizma.

Tipičan primjer pupi kao neku vrstu aseksualne reprodukcije je pukotina kvasca, u kojem se pojavljuje mala izbočina na površini matične stanice nakon koje se kreće jedna od jezgri, nakon čega se ukloni nova mala stanica. Time se čuva sposobnost majčine stanice da se dalje podijeli, a broj pojedinaca brzo se povećava.

Vegetativna reprodukcija može se provesti u obliku pupljenja, fragmentacije, poli-embrija, itd. Kada se pupi, hidra oblikuje izbočenje stijenke tijela koja se postepeno povećava u veličini, a na prednjem kraju izlazi ustajalo otvaranje okruženo ticalima. Ona završava formiranjem male hidre koja se potom odvaja od majčinog organizma. Budding je također karakterističan za niz koralja polipa i annelida.

Fragmentacija prati podjelu tijela u dva ili više dijelova, a od svakog se razvija punopravni pojedinci (meduza, anemoni, ravni i anelidi, ehinodermi).

Polimembrijom je nastalo embrij, uključujući i rezultat oplodnje, podijeljen na nekoliko embrija. Taj se fenomen redovito javlja u armadilima, ali može se pojaviti kod ljudi u slučaju identičnih blizanaca.

Najviše razvijena sposobnost vegetativne reprodukcije u biljkama u kojima početak novog organizma može proizvesti gomolje, žarulje, rizome, korijene, brkove, pa čak i pupoljke.

Za aseksualnu reprodukciju potrebno je samo jedan roditelj, što štedi vrijeme i energiju potrebnu za traženje seksualnog partnera. Osim toga, mogu se pojaviti i novi pojedinci iz svakog fragmenta majčinog organizma, koji je također gospodarstvo supstancije i energije utrošeno na reprodukciju. Brzina aseksualne reprodukcije je također prilično visoka, na primjer, bakterije mogu podijeliti svakih 20-30 minuta, izuzetno brzo povećavajući njihov broj. Ovom metodom reprodukcije nastaju genetički identični potomci - klonovi, koji se mogu smatrati prednošću, pod uvjetom da su uvjeti okoline konstantni.

Međutim, zbog činjenice da je jedini izvor genetske varijabilnosti slučajne mutacije, skoro potpuni odsutnost varijabilnosti među potomcima smanjuje njihovu prilagodljivost novim uvjetima okoline tijekom naseljavanja i kao rezultat toga umiru u mnogo većim količinama nego tijekom spolne reprodukcije.

Seksualna reprodukcija - metoda reprodukcije u kojoj formiranje i spajanje zametnih stanica ili gameta odvija se u jednoj stanici, zigoti iz kojeg se razvija novi organizam.

Ako se tijekom seksualne reprodukcije, somatske stanice s diploidnim skupom kromosoma spajaju (u ljudi 2n = 46), već u drugoj generaciji tetraploidni skup bi bio sadržan u stanicama novog organizma (u ljudi 4n = 92), u trećem - oktaploidu itd. ,

Međutim, dimenzije eukariotske stanice nisu beskonačne, one se moraju mijenjati unutar 10-100 mikrona jer s manjim veličinama stanica neće sadržavati cijeli niz tvari i struktura potrebnih za njegovu vitalnu aktivnost, a kod većih veličina bit će povrijeđena uniformna opskrba stanice kisikom i ugljičnim dioksidom vode i drugih potrebnih tvari. Prema tome, veličina jezgre, u kojoj se nalaze kromosomi, ne može prijeći 1 / 5-1 / 10 volumena stanica, a ako se ovi uvjeti krši, stanica više ne može postojati. Dakle, seksualna reprodukcija zahtijeva preliminarno smanjenje broja kromosoma, koje će se obnoviti tijekom gnojidbe, što je osigurano procesom mejotičke diobe stanica.

Smanjenje broja kromosoma također mora biti strogo naručeno i ekvivalentno, jer ako novi organizam nema pune parove kromosoma s njihovom ukupnom normalnom količinom, tada neće biti održiv ili će ga pratiti razvoj ozbiljnih bolesti.

Tako, meioza osigurava smanjenje broja kromosoma, koji se vraća tijekom oplodnje, održavajući ukupnu postojanost kariotipa.

Posebni oblici spolne reprodukcije su partenogeneza i konjugacija. Tijekom partenogeneze, ili razvoja djevice, novi organizam razvija se od nefertiliziranog jajašca, kao što su, na primjer, u daphniji, pčelinji pilići i neki rock gušteri. Ponekad je taj proces potaknut uvođenjem sperme iz druge vrste.

U procesu konjugacije, koji je tipičan, na primjer, za ciliate, pojedinci razmjenjuju fragmente nasljednih informacija, a zatim se asexually reproduciraju. Strogo govoreći, konjugacija je seksualni proces, a ne primjer seksualne reprodukcije.

Postojanje seksualne reprodukcije zahtijeva proizvodnju najmanje dvije vrste zametnih stanica: muško i žensko. Poznati su životinjski organizmi u kojima se proizvode muške i ženske zametne stanice različitih pojedinaca dvodomna, dok su oni sposobni za proizvodnju oba tipa gameta - hermafroditi. Hermafroditizam je karakterističan za mnoge stanove i anelide, gastropode.

Pozivaju se biljke u kojima se nalaze muški i ženski cvjetovi ili drugi za razliku od genitalija dvodomna, i imaju obje vrste cvijeća u isto vrijeme - jednodomni.

Seksualna reprodukcija osigurava pojavu genetske raznolikosti potomaka, koja se temelji na meiozi i rekombiniranju roditeljskih gena tijekom gnojidbe. Najuspješnije kombinacije gena pružaju najbolju prilagodbu potomaka na stanište, njihov opstanak i veću vjerojatnost prenošenja svojih nasljednih informacija budućim generacijama. Taj proces dovodi do promjene karakteristika i svojstava organizama i, u konačnici, formiranju novih vrsta u procesu evolucijske prirodne selekcije.

U isto vrijeme, materija i energija se koriste nedjelotvorno tijekom spolne reprodukcije, budući da organizmi često moraju proizvesti milijune gameta, ali samo neki od njih se koriste tijekom gnojidbe. Osim toga, potrebno je trošiti energiju i osigurati druge uvjete. Na primjer, biljke oblikuju cvijeće i proizvode nektar kako bi privukle životinje koje nose pelud na ženske dijelove drugih cvjetova, a životinje troše puno vremena i energije u potrazi za bračnim partnerima i udvaranja. Zatim morate potrošiti puno energije na brigu o potomstvu, jer su tijekom spolne reprodukcije potomci prvo često tako mali da mnogi od njih umiru od grabežljivaca, gladovanja ili jednostavno zbog nepovoljnih uvjeta. Slijedom toga, s aseksualnom reprodukcijom, troškovi energije su znatno manje. Ipak, seksualna reprodukcija ima barem jednu neprocjenjivu prednost - genetsku varijabilnost potomstva.

Čovjek u poljoprivredi, ukrasnim stočarstvima, proizvodnji usjeva i ostalim područjima za uzgoj novih sorti biljaka i životinjskih pasmina širi se aseksualna i seksualna reprodukcija, očuvajući ekonomski vrijedne osobine, a također i brzo povećanje broja pojedinaca.

Kada aseksualna reprodukcija biljaka, uz tradicionalne metode - rezanje, presađivanje i razmnožavanje raslojavanjem, moderne metode povezane s korištenjem kulture tkiva postupno zauzimaju vodeću poziciju. Istodobno se dobivaju nove biljke iz malih ulomaka majke biljke (stanice ili komadići tkiva) uzgojenih na hranjivom mediju koji sadrži sve hranjive tvari i hormone biljke potrebne. Ove metode omogućuju ne samo brzo propagiranje biljnih sorti s vrijednim svojstvima, primjerice, krumpirima koji su otporni na virus uvijanja lista, ali i za dobivanje organizama koji nisu zaraženi virusima i drugim patogenima biljnih bolesti. Kultura tkiva podrazumijeva proizvodnju tzv. Transgenskih ili genetski modificiranih organizama, kao i hibridizaciju biljnih somatskih stanica koje se ne mogu preći ni na koji drugi način.

Prijelaz biljaka različitih sorti omogućava dobivanje organizama s novim kombinacijama ekonomski vrijednih osobina. Zbog toga se koriste biljke za oprašivanje s istim ili različitim vrstama ili čak roda. Ovaj se fenomen zove dalekoj hibridizaciji.

Budući da veće životinje nemaju sposobnost za aseksualnu prirodnu reprodukciju, glavni način njihove reprodukcije je seksualno. U tu svrhu koristi se prijelaz pojedinaca jedne vrste (pasmine) i interspecifične hibridizacije, a dobiveni su poznati hibridi poput mazge i mazga, ovisno o tome koja je vrsta uzeta kao majčino magarac i konj. Međutim, interspecifični hibridi su često sterilni, tj. Ne mogu proizvesti potomke, tako da svaki put treba uzgajati.

Umjetna partenogeneza se također koristi za uzgoj životinja. Izvanredni ruski genetičar B. L. Astaurov, povećanjem temperature, izazvao je veći prinos ženki svilene svile, koji tkaju čahure od tanjeg i vrijednijeg konca od mužjaka.

Kloniranje se može smatrati aseksualnom reprodukcijom, budući da koristi jezgru somatske stanice koja se uvodi u gnojidenu jajnu stanicu s mrtvom jezgrom. Organizam u razvoju mora biti kopija ili klon već postojećeg organizma.

Gnojidba u cvjetnim biljkama i kralježnjacima

oplodnja - To je proces spajanja muških i ženskih zametnih stanica s formiranjem zigota.

U procesu oplodnje dolazi do prvog prepoznavanja i fizičkog kontakta muških i ženskih gameta, zatim fuzije njihove citoplazme, a samo u posljednjoj fazi integracija nasljednog materijala. Gnojidba vam omogućuje da vratite diploidni skup kromosoma, smanjen u procesu formiranja zametnih stanica.

Najčešće, u prirodi, oplodnja se javlja kod muških spolnih stanica drugog organizma, ali u nekim slučajevima moguće je prodiranje vlastitih spermija - samo-oplodnje. S evolucijskog gledišta, samo-oplodnja je manje korisna, jer je u ovom slučaju vjerojatnost nastanka novih kombinacija gena minimalna. Stoga, čak iu većini hermafroditskih organizama, dolazi do unakrsne oplodnje. Ovaj proces je inherentan u obje biljke i životinje, ali u njemu gore navedeni organizmi imaju brojne razlike.

Dakle, u cvjetnim biljkama prethodi gnojidba oprašivanje - prijenos peludi koji sadrži muške zametne stanice - spermu - na stigmu pištolja. Tamo raste, stvarajući peludna cijev s dvije sperme koja se kreće duž njega. Po dolasku u vrećicu embrija, jedna sperma se stapa s jajnim stanicama da bi formirala zigota, a druga s središnjom ćelijom (2n), što je dovelo do naknadnog skladištenja sekundarnog endospermnog tkiva. Ova metoda oplodnje dobila je ime dvostruko oplodnje (Slika 3.4).

Kod životinja, osobito kralježnjaka, oplodnju prethodi konvergencija gameta, ili osjemenjivanje. Uspjeh osjemenjivanja olakšava se sinkronizacijom izlučivanja muških i ženskih zametnih stanica, kao i otpuštanjem jajeta specifičnih kemijskih supstanci kako bi se olakšalo usmjeravanje spermatoznih stanica u prostoru.

Kod uzgoja kultiviranih biljaka i domaćih životinja, ljudski napori uglavnom su usmjereni na očuvanje i umnožavanje ekonomski vrijednih osobina, dok se otpornost tih organizama na ekološke uvjete i održivost općenito smanjuje. Osim toga, soja i mnoge druge biljke koje se uzgajaju samo-oprašuju, stoga je potrebna ljudska intervencija za dobivanje novih sorti. Poteškoće mogu nastati i samim procesom oplodnje, budući da neke biljke i životinje mogu imati gene za sterilnost.

U postrojenjima za uzgoj, umjetna oprašivanja za koje se stablo uklanja iz cvjetova, a potom se pelud od drugih cvjetova nanosi na stigme stijenki i oprašivano cvijeće prekrivaju se izolacijskim kapama kako bi se izbjeglo oprašivanje drugih biljaka. U nekim slučajevima se provodi umjetna oprašivanja kako bi se povećao prinos, budući da se sjemenke i plodovi ne razvijaju iz jajnika neoplastičnih cvjetova. Ova je tehnika prethodno prakticirana u suncokretovim usjevima.

S dalekom hibridizacijom, osobito ako se biljke razlikuju u broju kromosoma, prirodna gnojidba postaje ili potpuno nemoguća, ili već u prvoj podjeli stanica, dolazi do kršenja kromosomske nesuglasice i tijela umire. U tom slučaju, gnojidba provodi in vitro i in ranim diobu stanica liječenih kolhicin - tvarima koje oštećuju podjele vreteno, kromosomi su se raspršili po stanici, a onda stvara nova jezgra ima dvostruki broj kromosoma, a zatim dijeljenjem takve probleme, ne javljaju. Tako je stvoren rijedak hibridni kupus G.D. Karpechenko i tritikale, hibridnog pšeničnog i raženog visokog prinosa.

Glavne vrste životinja imaju još prepreke gnojidbi od biljaka, što prisiljava ljude na poduzimanje drastičnih mjera. Umjetna oplodnja se uglavnom koristi u uzgoju vrijednih pasmina kada je potrebno dobiti što više potomaka od jednog proizvođača što je više moguće. U tim slučajevima, sjemena tekućina se sakupi, pomiješa s vodom, stavi u ampule, a zatim, prema potrebi, ubrizgava u ženski reproduktivni trakt. U ribnjacima s umjetnom oplodnjom u ribi, sperma mužjaka dobivenih od mlijeka pomiješana je s kavijarom u posebnim posudama. Maloljetnici uzgojeni u posebnim kavezima, potom pušteni u prirodne rezervoare i obnavljaju stanovništvo, primjerice, jeset u Kaspijskom moru i Donu.

Stoga umjetno osjemenjivanje služi čovjeku za dobivanje novih, visoko produktivnih sorti biljaka i životinjskih pasmina, kao i povećanje produktivnosti i obnavljanje prirodnih populacija.

Vanjska i unutarnja oplodnja

Kod životinja postoje vanjska i unutarnja oplodnja. u vanjska gnojidbaizvode se ženke i muške zametne stanice, gdje se odvija proces njihova spajanja, kao npr. u prstenastim crvima, školjkama školjki, nerđajućim, većini riba i mnogim vodozemcima. Unatoč činjenici da ne zahtijeva konvergenciju pojedinaca za uzgoj, u pokretnim životinjama ne samo da je njihova konvergencija moguća, nego i akumulacija, kao i tijekom mriješćenja riba.

Unutarnja oplodnja povezane s uvođenjem muških genitalnih produkata u ženskom genitalnom traktu, a već je oplođena jajašca izlučena. Često ima guste membrane koje sprečavaju njegovu štetu i prodiranje sljedeće sperme. Unutrašnja oplodnja karakteristična je za veliku većinu kopnenih životinja, na primjer, ravnih i okruglih crva, mnogih artropoda i gastropoda, gmazova, ptica i sisavaca, kao i brojnih vodozemaca. Nalazi se iu nekim vodenim životinjama, uključujući i glavonožnice i hrskavicu.

Postoji i srednja vrsta gnojidbe - vanjsko-unutarnje, u kojem žena obuhvaća genitalne proizvode, posebno ostavljene od muškaraca na bilo kojem supstratu, kao što se to događa kod nekih artropoda i običnih vodozemaca. Vanjska i unutarnja gnojidba može se smatrati prijelazom od vanjskog do unutarnjeg.

I vanjska i unutarnja gnojidba imaju svoje prednosti i nedostatke. Tako, tijekom vanjske gnojidbe, zametne stanice se oslobađaju u vodu ili zrak, zbog čega velika većina njih umire. Međutim, ova vrsta gnojidbe osigurava postojanje seksualne reprodukcije u takvim životinjama pričvršćenim i sporim životinjama, kao što su školjkaši i neuralni. U slučaju unutarnje gnojidbe, gubitak gameta svakako je mnogo manji, međutim, tvar i energija se troše na pronalaženje partnera, a rođeni rođaci često su premali i slabi i zahtijevaju dužu roditeljsku skrb.

Ontogeneza i njezini inherentni zakoni

ontogeneza (s grčkog Ontos - biti i geneza - pojava, podrijetlo) je proces individualnog razvoja organizma od rođenja do smrti. Ovaj je pojam uveo 1866. godine njemački znanstvenik E. Haeckel (1834-1919).

Pojava zigota kao posljedica oplodnje jajeta spermija smatra se rođenjem organizma, iako se za vrijeme partenogeneze ne formira zigota. U procesu ontogeneze dolazi do rasta, diferencijacije i integracije dijelova organizma u razvoju. diferencijacija (lat. dotjerati - razlika) je proces pojave razlika između homogenih tkiva i organa, njihove promjene u tijeku razvoja pojedinaca, što dovodi do formiranja specijaliziranih tkiva i organa.

Teme studija su obrasci ontogeneze embriologija (s grčkog zametak - embrij i logotipi - riječ, znanost). Značajan doprinos njegovom razvoju dali su ruski znanstvenici K. Baer (1792-1876), koji je otkrio jaje sisavaca i staviti embryological dokazi na temelju klasifikacija kralježnjaka, AO Kovalevsky (1849-1901) i II Mechnikov (1845-1916 ) - osnivači teorije germline te komparativne embriologije, kao i A.N. Severtsov (1866-1936), koji su napredovali u teoriji pojave novih znakova u bilo kojoj fazi ontogeneze.

Pojedinačni razvoj je karakterističan samo za višestanične organizme, budući da u jednostaničnom rastu i razvoju završavaju na razini jedne stanice, a diferencijacija je potpuno odsutna. Tečaj ontogeneze određen je genetskim programima koji su ukorijenjeni u procesu evolucije, tj. Ontogeneza je kratko ponavljanje povijesnog razvoja određene vrste ili filogeneze.

Unatoč neizbježnoj prebacivanju pojedinih grupa gena tijekom individualnog razvoja, sve promjene u tijelu postupno se događaju i ne krši njezin integritet, ali događaji svake prethodne faze imaju značajan utjecaj na tijek narednih faza razvoja. Dakle, bilo kakvi poremećaji u razvojnom procesu mogu dovesti do prekida procesa ontogeneze u bilo kojoj fazi, kao što je često slučaj s embrijima (tzv. Pobačaja).

Dakle, jedinstvo prostora i vremena djelovanja karakteristično je za proces ontogeneze, budući da je neraskidivo povezano s tijelom pojedinca i prolazi jednosmjerno.

Fetalni i postembrijski razvoj organizama

Razdoblja ontogenije

Postoji nekoliko razdoblja ontogeneze, međutim najčešće se u ontogenim životinjama razlikuju embrionalne i postembrijske razdoblja.

Embrionsko razdoblje Počinje stvaranjem zigota u procesu oplodnje i završava s rođenjem organizma ili njegovim otpuštanjem iz germinalnih (jajah) membrana.

Postembrijsko razdoblje nastavlja od rođenja do smrti organizma. Ponekad luče i proembrijsko razdoblje ili progenez, koji uključuju gametogenezu i gnojidbu.

Embrionalni razvoj, ili embriogeneze, na životinjama i ljudima podijeljeni su u nekoliko faza: drobljenje, gastrulacija, histogeneza i organogeneza, i također razdoblje diferenciranog embrija.

velik - to je proces mitotičke podjele zigota u manje i manje stanice - blastomere (Slika 3.5). Najprije se formiraju dvije stanice, a zatim četiri, osam, itd. Smanjenje veličine stanica uglavnom je posljedica činjenice da iz različitih razloga ne postoji Gj-period u međufazu staničnog ciklusa, u kojem bi se trebale povećati veličine stanica kćeri. Ovaj proces je sličan cijepanju leda, međutim, nije kaotičan, već strogo naručen. Na primjer, kod ljudi, ova fragmentacija je bilateralna, tj. Dvostrana simetrična. Kao posljedica drobljenja i naknadne divergencije stanica blastula - jednostruka višestanična klica, koja je šuplja kugla, čiji se zidovi formiraju blastomerskim stanicama, a unutrašnjost šupljine napuni se tekućinom i zove se blastocoel.

gastrulacije nazvati proces formiranja dviju ili troslojnih klica - gastrula(s grčkog Gaster - želudac), koji se javlja neposredno nakon stvaranja blastula. Gastrulaciju se provodi kretanjem stanica i njihovih grupa relativno jedna na drugu, na primjer, pritiskom jedne od zidova blastule. Pored dva ili tri sloja stanica, gastrula također ima primarni usta - blastopore.

Pozvani su stanični slojevi gastrula germinalni lišće. Postoje tri sloja zametaka: ektoderm, mesoderm i endoderm. ektoderm (s grčkog ektos - van, van i dermis - koža) je vanjski štićni sloj, mesoderma (s grčkog mezos - srednje, srednje) - medij, i entoderm (s grčkog Entos - unutarnja) - unutarnja.

Unatoč činjenici da su svi razvoju organizma stanica su izvedene iz jedne stanice - zigota - i sadrže isti skup gena, to jest, njezini klonovi, što nastaju kao posljedica mitoze odjeljaka, postupak gastrulacije popraćen diferencijaciju stanica. Razlika je zbog prebacivanja skupina gena u različitim dijelovima embrija i sinteze novih proteina, koji u budućnosti određuju specifične funkcije ćelije i ostavljaju trag na svojoj strukturi.

Na specijalizaciji stanica ostavlja otisak i susjedstvo drugih stanica, kao i hormona. Na primjer, ako je fragment iz kojeg se akord razvio iz jednog embrija glodavca transplantira u drugu, to će uzrokovati stvaranje pupoljke živčanog sustava na pogrešnom mjestu, te će se početi stvarati dvostruki embrij. Ovaj se fenomen zove embrionalna indukcija.

histogenesis tzv. proces formiranja zrelih tkiva inherentnih u odraslom organizmu, i organogeneza - proces stvaranja organa.

Tijekom histo- i organogeneze od ektodermalne epitela kože formirana i njegovi derivati (kose, noktiju, kandže, perje), epitel usne šupljine i zubnu caklinu, rektuma, živčani sustav, osjetilni organi, škrge i drugima. Izvedenice su crijeva endoderm i srodnim s njom žlijezde (jetra i gušterača), kao i pluća. A mesoderm dovodi do svih vrsta vezivnog tkiva, uključujući kosti i hrskavice tkiva kostura, mišićnog tkiva skeletnih mišića, cirkulacijskog sustava, mnogih endokrinih žlijezda itd.

Polaganje neuronske cijevi na leđnoj strani embrija akordata simbolizira početak druge međufazne faze razvoja - neurula (Novolat. neurula, smanjiti, s grčkog. neuron - živac). Ovaj proces je također praćen polaganjem kompleksa aksijalnih organa, kao što je notochord.

Nakon tijeka organogeneze počinje razdoblje diferencirana klica što je karakterizirano nastavkom specijalizacije stanica u tijelu i brzog rasta.

U mnogim životinjama embrionalne membrane i drugi privremeni organi pojavljuju se u procesu embrionalnog razvoja, koji nisu korisni u naknadnom razvoju, na primjer placente, pupčanu vrpcu itd.

Prema reproduktivnoj sposobnosti, postembrijski razvoj životinja podijeljen je na reproduktivne (maloljetne), reproduktivne i postproduktivne periode.

Razdoblje maloljetnice od rođenja do puberteta, karakterizira intenzivan rast i razvoj tijela.

Rast organizma nastaje uslijed porasta broja stanica zbog podjele i povećanja njihove veličine. Postoje dvije glavne vrste rasta: ograničene i neograničene. uska, ili zatvorena visina javlja se samo u određenim razdobljima života, uglavnom prije puberteta. To je karakteristično za većinu životinja. Na primjer, osoba raste uglavnom do 13-15 godina, iako konačna formacija tijela traje do 25 godina. neograničeno, ili otvoreni rast nastavlja se tijekom cijelog života pojedinca, kao u biljkama i nekim ribama. Postoje i povremeni i ne-periodični rast.

Procesi rasta kontrolira endokrini ili hormonalni sustav: kod ljudi povećanje linearnih dimenzija tijela potiče oslobađanje somatotropnog hormona, a gonadotropni hormoni uglavnom ga potiskuju. Slični mehanizmi otkriveni su u insektima, u kojima postoji poseban mladenski hormon i moltni hormon.

U biljkama cvjetnice, embrionalni razvoj nastavlja se nakon dvostruke oplodnje, u kojoj jedna sperma oplodi jajnu stanicu, a drugu - središnju stanicu. Iz zigoze nastaje embrij, koji se podvrgava nizu podjele. Nakon prve podjele, sam zametak je formiran iz jedne stanice, a od drugog se oblikuju privjesci, kroz koje se hranjive tvari isporučuju u zametak. Središnja stanica dovodi do triploid endosperm, koji sadrži hranjive tvari za razvoj embrija (Slika 3.7).

Embrionalni i postembrijski razvoj sjemenskih biljaka često je vremenski odvojen jer zahtijevaju određene uvjete za klijanje. Postembrijsko razdoblje u biljkama dijeli se na vegetativna, generativna razdoblja i starenje. U vegetativnom razdoblju povećava se biomasa biljke, u generaciji stječu sposobnost za seksualnu reprodukciju (u sjemenskim biljkama za cvjetanje i plodove), dok se u doba starenja izgubi sposobnost reprodukcije.

Životni ciklusi i izmjena generacija

Novo formirani organizmi ne odmah stječu mogućnost reprodukcije vlastite vrste.

Životni ciklus - niz razvojnih stadija, od zigota, nakon prolaska kroz koji tijelo dostiže zrelost i stječe mogućnost reprodukcije.

U životnom ciklusu razvojne faze zamjenjuju se haploidnim i diploidnim skupovima kromosoma, dok su viši biljke i životinje dominiraju diploidnim skupom, a niže - obrnuto.

Životni ciklusi mogu biti jednostavni i složeni. Za razliku od jednostavnog životnog ciklusa, u kompleksnoj seksualnoj razmnožavanju zamjenjuje se partenogenetskim i aseksualnim. Na primjer, daphnia rakovi, koji daju aseksualne generacije tijekom ljeta, seksualno se reproduciraju u jesen. Posebno složeni životni ciklusi nekih gljiva. U brojnim životinjama redovito se javlja redovna alternativa seksualnih i aseksualnih generacija, a taj se životni ciklus naziva ispravan. To je karakteristično, na primjer, od nekoliko meduza.

Trajanje životnog ciklusa određuje se brojem generacija koji se razvijaju tijekom godine ili brojem godina tijekom kojih se organizam razvija. Na primjer, biljke su podijeljene na biljke i trajnice.

Poznavanje životnih ciklusa nužno je za genetsku analizu, jer u haploidnim i diploidnim stanjima učinak gena otkriva se na različite načine: u prvom slučaju postoje velike mogućnosti za očitovanje svih gena, dok u drugom nisu otkriveni neki geni.

Uzroci oštećenog razvoja organizama

Mogućnost samoregulacije i izdržavanja štetnih utjecaja okoliša ne događa se neposredno u organizmima. Tijekom embrionalnog i postembrijskog razvoja, kada mnogi obrambeni sustavi tijela još nisu formirani, organizmi su uglavnom podložni djelovanju štetnih čimbenika. Stoga, kod životinja i biljaka, zametak je zaštićen posebnim školjkama ili samim majčinim organizmom. Isporučuje se s posebnim hranjivim tkivom, ili hranjivim tvarima prima izravno iz majčinog tijela. Ipak, promjena vanjskog okruženja može ubrzati ili usporiti razvoj embrija, pa čak i uzrokovati različite poremećaje.

Nazivi se čimbenici koji uzrokuju abnormalnosti u razvoju embrija teratogeni, ili teratogeni. Ovisno o prirodi tih čimbenika, oni su podijeljeni na fizičku, kemijsku i biološku.

K fizički čimbenici primarno, ionizirajuće zračenje, izazivajući brojne mutacije u fetusu, koje mogu biti nespojive s životom.

kemijski teratogeni su teški metali, benzopiren koji emitiraju automobili i industrijska postrojenja, fenoli, brojni lijekovi, alkohol, lijekovi i nikotin.

Posebno štetan utjecaj na razvoj ljudskog embrija ima svoje roditelje koji koriste alkohol, droge i pušenje duhana, jer alkohol i nikotin inhibiraju stanično disanje. Nedovoljna količina embrija s kisikom dovodi do činjenice da se manji broj stanica formira u organima koji formiraju, a organi su nerazvijeni. Živčano tkivo je posebno osjetljivo na nedostatak kisika. Buduća majčinska uporaba alkohola, droga, pušenja duhana, zlouporabe droga često dovodi do nepovratne štete na zametku i posljedičnom porodu djece s mentalnom retardacijom ili kongenitalnim deformacijama.

3.4. Genetika, njegove zadaće. Nasljednost i varijabilnost - svojstva organizama. Osnovni genetički pojmovi.

Genetika, njegove zadaće

Uspjeh prirodne znanosti i stanične biologije u XVIII-XIX stoljeću omogućio je brojnim znanstvenicima da izraze pretpostavke o postojanju određenih nasljednih čimbenika koji određuju, na primjer, razvoj nasljednih bolesti, ali ove pretpostavke nisu bile potkrijepljene relevantnim dokazima. Čak formulirao X. de Vries 1889., teorija unutarstanične pangeneza, što ukazuje na postojanje neke „pangens” jezgri stanice, određivanje nasljednih faktora u tijelu, i van u protoplazme samo one koje određuju vrstu stanica, ne može promijeniti situaciju, kao i teoriju "germplazma" A. Weismana, prema kojoj se karakteristike dobivene tijekom ontogeneze nisu nasljeđene.

Samo su djela češkog istraživača G. Mendela (1822.-1884.) Postali temeljni kamen moderne genetike. Međutim, unatoč činjenici da su njegova djela citirana u znanstvenim časopisima, suvremenici nisu obraćali pozornost na njih. A samo ponovno otkriće zakona neovisne baštine od strane tri znanstvenika odjednom - E.Chermak, K.Corrance i X. de Vries - prisilili znanstvenu zajednicu da se obrate izvorima genetike.

genetika - je znanost koja proučava zakone nasljeđivanja i varijacije i metode njihova upravljanja.

Zadaci genetike u ovom stadiju je proučavanje kvantitativnih i kvalitativnih karakteristika nasljednog materijala, analiza strukture i djelovanja genotipa dekodiranje od fine strukture gena i načina regulacije gena aktivnosti, u potrazi za genima koji uzrokuju razvoj ljudskih nasljednih bolesti i načina njihove „korekcije”, stvaranje nove generacije lijekova za tipa DNA cjepiva, dizajn koji koristi gen i stanični inženjering organizama s novim svojstvima koja bi mogla proizvesti potrebnu kao i cjelokupni transkript ljudskog genoma.

Nasljednost i varijabilnost - svojstva organizama

nasljedstvo - je sposobnost organizama da prenose svoje karakteristike i svojstva u nizu generacija.

varijabilnost - svojstvo organizama za stjecanje novih znakova tijekom života.

Znakovi - to su sve morfološke, fiziološke, biokemijske i druge značajke organizama, u kojima se neki od njih razlikuju od drugih, na primjer boja očiju. nekretninepozivaju se sve funkcionalne značajke organizama zasnovane na određenoj strukturnoj osobini ili skupini elementarnih značajki.

Znakovi organizama mogu se podijeliti na kvaliteta i kvantitativna. Kvalitativni znakovi imaju dvije ili tri kontrastne manifestacije, koje se nazivaju alternativni znakovi na primjer, plava i smeđa boja očiju, a kvantitativna (prinos krava, prinos pšenice) nema jasno izražene razlike.

Materijal nosač nasljedstva je DNK. U eukariotima se razlikuju dvije vrste nasljeđa: genotipske i citoplazmatski. Nositelji genotipske nasljednosti lokalizirani su u jezgri, a zatim će se o njemu posebno raspravljati, dok nositelji citoplazmatskog nasljeđa su prstenaste molekule DNA locirane u mitohondrijima i plastidima. Citoplazmatska nasljednost prenosi se uglavnom kroz jaje, zbog čega se takoder poziva roditelj.

Mali broj gena lokalizira se u mitohondrijama ljudskih stanica, ali njihova promjena može imati značajan utjecaj na razvoj organizma, na primjer, dovesti do razvoja sljepoće ili postupnog smanjenja mobilnosti. Plastidi igraju jednako važnu ulogu u životu biljaka. Tako se u nekim područjima lista mogu pojaviti stanice slobodne od klorofila što, s jedne strane, dovodi do smanjenja produktivnosti biljaka, a s druge strane, takvi raznoliki organizmi se vrednuju u dekorativnom vrtlarstvu. Takvi se primjerci uglavnom reproduciraju na aseksualni način, budući da spolna reprodukcija često proizvodi obične zelene biljke.

Genetske metode

Hibridološka metoda ili način križanja je odabir roditelja i analiza potomaka. Istodobno, genotip organizma prosuđuje se fenotipskim manifestacijama gena u potomcima dobivenim pod određenim uzorkovanjem. Ovo je najstarija informativna metoda genetike, koju je G. Mendel najviše upotrijebio u kombinaciji s statističkom metodom. Ova metoda nije primjenjiva u ljudskoj genetici iz etičkih razloga.

Citogenetska metoda temelji se na proučavanju kariotipa: broju, obliku i veličini kromosoma tijela. Proučavanje ovih značajki omogućuje prepoznavanje različitih patologija razvoja.

Biokemijska metoda omogućuje određivanje sadržaja različitih tvari u tijelu, osobito njihovog suviška ili nedostatka, kao i aktivnosti brojnih enzima.

Molekularne genetske metode usmjerene su na identificiranje varijacija u strukturi i dekodiranje primarne nukleotidne sekvence ispitivanih DNA segmenata. Oni omogućuju prepoznavanje gena nasljednih bolesti čak i kod embrija, utvrđivanja očinstva itd.

Statistika populacijske metode omogućuje određivanje genetskog sastava populacije, učestalost određenih gena i genotipova, genetsko opterećenje te opisivanje izgleda za razvoj populacije.

Metoda hibridizacije somatskih stanica u kulturi omogućuje određivanje lokalizacije određenih gena u kromosomima tijekom fuzije stanica različitih organizama, na primjer miša i hrčka, miša i čovjeka itd.

Osnovni genetički pojmovi i simbolizam

gen - Ovo je segment DNA molekule, ili kromosoma, koji nosi informacije o određenom svojstvu ili svojstvu organizma.

Neki geni mogu utjecati na manifestaciju nekoliko znakova odjednom. Ovaj se fenomen zove pleiotropy. Na primjer, gen odgovoran za razvoj nasljedne bolesti arachnodactyly (pauk prstiju) uzrokuje zakrivljenost leće, patologije mnogih unutarnjih organa.

Svaki gen zauzima strogo definirano mjesto u kromosomu - lokus. Budući da somatske stanice većine eukariotskih organizama imaju uparene (homologne) kromosome, postoji jedna kopija gena odgovorna za određenu osobinu u svakom od uparenih kromosoma. Ti se geni nazivaju alela.

Allelički geni najčešće postoje u dvije varijante - dominantne i recesivne. dominantan oni nazivaju alelom, koji se očituje bez obzira na koji je gen na nekom drugom kromosomu i inhibira razvoj obilježja kodiranog recesivnim genom. Dominantne alele obično su označene velikim slovima latinske abecede (A, B, C i ) i recesivno - mala slova (a, bs i drugima.) - recesivan aleli se mogu manifestirati samo ako zauzimaju lokuse u oba uparena kromosoma.

Naziva se organizam koji ima isti alel na oba homologna kromosoma homozigota za određeni gen ili homozigotni (AA , aa, avb,aabb ) i organizam koji ima različite genske varijante u oba homologna kromosoma - dominantna i recesivna - zove se heterozigoti za određeni gen ili heterozigoti (Aa, AaBb i tako dalje).

Brojni geni mogu imati tri ili više strukturnih varijanti, na primjer ABO krvne grupe su kodirane sa tri alela - ja , ja B , ja. Ovaj se fenomen zove višestruki alelizam. Međutim, čak iu ovom slučaju, svaki kromosom para nosi samo jedan alel, tj. Sve tri varijante gena u jednom organizmu ne mogu biti zastupljene.

genom - skup gena karakterističnih za haploidni skup kromosoma.

genotip - skup gena karakterističan za diploidni skup kromosoma.

fenotip - skup značajki i svojstava organizma, što je rezultat interakcije genotipa i okoliša.

Budući da se organizmi međusobno razlikuju u mnogim značajkama, moguće je utvrditi uzorke njihove baštine samo analizom dva ili više znakova u potomstvu. Prijelaz, na kojem se uzima u obzir nasljedstvo i točno se vrši kvantitativno računovodstvo potomstva za jedan par alternativnih osobina, zove se monohybrid, u dva para - Dvohibridni, za više znakova - poligibridnym.

Prema fenotipu pojedinca, daleko je od uvijek moguće utvrditi njegov genotip, budući da i organizam koji je homozigotno za dominantni gen (AA) i heterozigotni (Aa) imat će manifestaciju dominantnog alela u fenotipu. Stoga se primjenjuje genotip organizma s unakrsnom oplodnjom analiziranje križa - prijelaz, u kojem je organizam s dominantnim obilježjima prekinut homozigotom za recesivni gen. Istodobno, organizam koji je homozigotan za dominantni gen neće uzrokovati cijepanje u potomstvu, dok je u potomstvu heterozigotnih individua uočen jednak broj osoba s dominantnim i recesivnim likovima.

Sljedeće konvencije najčešće se koriste za bilježenje uzoraka križanja:

P (od lat. Parenti roditelji) - roditeljski organizmi;

♀ (alkemijski znak Venere - zrcalo s ručkom) - majčinska osoba;

♂ (alkemijski znak Marsa je štit i koplje) - očinski;

x je znak prijelaza;

F1, F2, F3 itd., Hibridi su prve, druge, treće i sljedeće generacije;

F a - potomstvo iz analitičkih križeva.

Kromosomska teorija nasljeđa

Osnivač genetike, G. Mendel, kao i njegovi najbliži sljedbenici, nisu imali ni najmanje zamisli o materijalnoj osnovi nasljednih sklonosti ili gena. Međutim, već u godinama 1902-1903, njemački biolog T. Boveri i američki student W. Satton samostalno sugerirali da ponašanje kromosoma tijekom stanične sazrijevanja i gnojidbe objašnjava Mendellovog cijepanja nasljednih čimbenika, odnosno po njihovom mišljenju geni mora biti smještena u kromosomima. Te pretpostavke postale su kamen temeljac kromosomske teorije nasljeđivanja.

Godine 1906. engleska genetika W. Batson i R. Pennet otkrio je kršenje Mendelovog cijepanja pri prelasku slatkih grašaka, a njihov sugrađanin L. Doncaster otkrio je spolno povezanu nasljednost u pokusima s leptirom s moljom borovnica. Rezultati tih eksperimenata jasno su proturječili Mendelovcima, ali kad uzmete u obzir da je do tada već poznato da je broj poznatih znakova za eksperimentalne objekte bio mnogo veći od broja kromosoma, i to je sugerirao da svaki kromosom nosi više od jednog gena, a geni jednog kromosoma zajedno naslijedili.

Godine 1910. eksperimenti skupine T. Morgan započeo je na novom eksperimentalnom objektu - plodnoj dresu Drosophila. Rezultati tih eksperimenata omogućili su formuliranje glavnih odrednica kromosomske teorije nasljeđivanja do sredine 20. stoljeća, odrediti redoslijed lokacije gena u kromosomima i udaljenosti između njih, tj. Napraviti prve karte kromosoma.

Glavne odrednice kromosomske teorije nasljeđa:

1) Geni se nalaze u kromosomima. Geni istog kromosoma nasljeđuju se, ili se povezuju i nazivaju se grupu kvačila. Broj veznih skupina je brojčano jednak haploidnom skupu kromosoma.

Svaki gen zauzima strogo definirano mjesto u kromosomu - lokusu.

Geni u kromosomima su linearni.

Povreda kvačila gena javlja se samo kao posljedica prelaska.

Udaljenost između gena u kromosomu je proporcionalna postotku prelaska između njih.

Nezavisna nasljednost karakteristična je samo za gene ne-homolognih kromosoma.

Suvremene ideje o genu i genomu

Početkom 40-ih godina dvadesetog stoljeća, J. Bidle i E. Tatum, analizirajući rezultate genetske studije provedene na gljivici neurospore, došle su do zaključka da svaki gen kontrolira sintezu enzima i formulira princip "jednog gena - jednog enzima" ,

Međutim, 1961. godine, F. Jacob, J.-L. Mono i A. Lvov uspjeli su dešifrirati strukturu E. coli gena i istražiti regulaciju njezine aktivnosti. Za ovo otkriće, dobio je Nobelovu nagradu u fiziologiji i medicini 1965.

U procesu istraživanja, pored strukturalnih gena koji kontroliraju razvoj određenih osobina, mogli su identificirati one regulatornike, čija je glavna funkcija manifestacija svojstava kodiranih drugim genima.

Struktura prokariotskog gena. Strukturni gen prokariota ima kompleksnu strukturu jer sadrži regulacijska područja i kodirajuće sekvence. Regulatorne stranice uključuju promotor, operatera i terminator (Slika 3.8). pokretač nazvati dio gena kojemu je vezan enzim RNA polimeraze, koji osigurava sintezu mRNA tijekom transkripcijskog procesa. C od strane operatera koji se nalazi između promotora i strukturne sekvence, može biti povezan repressor protein Ne dozvoljava RNA polimerazu da počne čitati nasljedne informacije iz kodirajuće sekvence, a samo njegovo uklanjanje omogućuje transkripciju. Struktura repressora obično je kodirana u regulacijskom genu smještenom u drugom dijelu kromosoma. Čitanje informacija završava na dijelu gena koji se zove terminator.

Kodiranje slijeda strukturni gen sadrži informacije o slijedu aminokiselina u odgovarajućem proteinu. Poziva se kodirajuća sekvencija u prokariotima cistrona i skup kodiranja i regulatornog područja gena prokariota je operon. Općenito, prokarioti, koji uključuju E. coli, imaju relativno mali broj gena smještenih u jednom kružnom kromosomu.

Citoplazma prokariota također može sadržavati dodatne male kružne ili nezavisne DNA molekule, koje se nazivaju plazmidi. Plazmidi se mogu integrirati u kromosome i prenijeti iz jedne stanice u drugu. Oni mogu nositi informacije o seksualnim karakteristikama, patogenosti i otpornosti na antibiotike.

Struktura eukariotskog gena. Za razliku od prokariota, eukariotski geni nemaju strukturu operona jer ne sadrže operatora, a svaki strukturni gen je popraćen samo promotorom i terminatorom. Osim toga, u gama eukariota značajna područja ( eksona) izmjenjuju s neznatnim ( introna), koji su potpuno prepisani mRNA, a zatim izrezani u procesu njihova sazrijevanja. Biološka uloga introna je smanjiti vjerojatnost mutacija na značajnim područjima. Regulacija eukariotskih gena mnogo je složenija nego što je opisano za prokariote.

Ljudski genom. U svakoj ljudskoj stanici postoji oko 2 m DNK u 46 kromosoma, čvrsto upakirano u dvostruku spiralu, koja se sastoji od oko 3.2 x 10 9 parova nukleotida, što daje oko 10 19 milijardi mogućih jedinstvenih kombinacija. Do kraja 80-ih godina 20. stoljeća smješteno je oko 1.500 ljudskih gena, međutim njihov se ukupni broj procjenjuje na oko 100 tisuća, budući da samo nasljedne bolesti kod ljudi imaju oko 10 tisuća, a da ne spominjemo broj različitih proteina koji se nalaze u stanicama ,

Godine 1988. pokrenut je međunarodni projekt "Human Genome", koji je početkom XXI. Stoljeća završio potpunim dekodiranjem sekvence nukleotida. On je omogućio razumijevanje da dva različita čovjeka za 99,9% imaju slične nukleotidne sekvence, a samo preostalih 0,1% određuju našu individualnost. Ukupno je pronađeno oko 30-40 tisuća strukturalnih gena, no njihov je broj smanjen na 25-30 tisuća. Među tim genima ne postoje samo jedinstveni, već i stotine i tisuće puta ponovljene. Ipak, ti geni kodiraju mnogo veći broj proteina, na primjer desetke tisuća zaštitnih proteina - imunoglobulina.

97% našeg genoma je genetski "junk" koji postoji samo zato što se može reproducirati dobro (RNA koja je transkribirana na tim mjestima nikada ne napušta jezgru). Na primjer, među našim genima ne postoje samo "ljudski" geni, već 60% gena sličnih gena Drosophila, a mi imamo čak 99% gena iz čimpanza.

Paralelno s dekodiranjem genoma, dogodilo se mapiranje kromosoma, i kao rezultat toga, bilo je moguće ne samo locirati nego i određivanje lokacije nekih gena odgovornih za razvoj nasljednih bolesti, kao i ciljnih gena za lijekove.

Dekodiranje ljudskog genoma do sada ne daje izravni učinak, budući da smo primili neku vrstu instrukcije za sastavljanje takvog složenog organizma kao čovjeka, ali nismo naučili kako to napraviti ili barem ispraviti pogreške u njoj. Ipak, era molekularne medicine već je na pragu, u tijeku je razvoj diljem svijeta u tijeku razvoj takozvanih genskih pripravaka koji mogu blokirati, ukloniti ili čak zamijeniti patološke gene u živim ljudima, a ne samo u oplođenoj jajašci.

Ne smijemo zaboraviti da se u eukariotskim stanicama DNA nalazi ne samo u jezgri nego iu mitohondrijima i plastidima. Za razliku od nuklearnog genoma, organizacija mitohondrijskih i plastidnih gena ima mnogo zajedničkog s organizacijom prokariotskog genoma. Unatoč činjenici da ovi organeli nose manje od 1% nasljednih informacija stanice i čak ne kodiraju kompletan set bjelančevina potrebnih za vlastito funkcioniranje, oni mogu značajno utjecati na određena obilježja tijela. Dakle, raznolikost biljaka klorofita, bršljanina i drugih nasljeđuje mali broj potomaka čak i pri prelasku dviju raznovrsnih biljaka. To je zbog činjenice da se plastidi i mitohondriji prenose uglavnom s citoplazmom jajašca, pa se ova nasljednost naziva majčinska ili citoplazmatska, za razliku od genotipskog, koja je lokalizirana u jezgri.

Obrasci nasljeđa, njihova citološka osnova

Prema kromosomskoj teoriji nasljeđivanja, svaki par gena je lokaliziran u par homolognih kromosoma, a svaki od kromosoma nosi samo jedan od tih čimbenika. Ako zamislimo da su geni točke objekata na pravocrtnim kromosomima, onda se homozigotni pojedinci mogu shematski pisati kao A || A ili a || a, dok je heterozigot - A || a. Kada se gamete nastave tijekom procesa meioze, svaki od gena heterozigotnog para bit će u jednoj od zametnih stanica (Slika 3.9).

Na primjer, ako su dva heterozigotna pojedinca prešli, tada pod uvjetom da se u svakoj od njih formira samo par gameta, mogu se dobiti samo četiri kćerkog organizma od kojih će tri imati najmanje jedan dominantni gen i, i samo će jedna biti homozigotna za recesivni gen i, to jest, zakoni nasljeđivanja su statističke prirode (sl. 3.10).

U tim slučajevima, ako su geni smješteni u različitim kromosomima, tada se tijekom formiranja gameta raspodjela alela iz tog para homolognih kromosoma između njih odvija potpuno neovisno o raspodjeli alela iz drugih para (Slika 3.11). Riječ je o slučajnom rasporedu homolognih kromosoma na ekvatoru vretena u metafazi I meioze i njihova naknadna divergencija u anafazi I dovodi do različitih rekombinacija alela u gamama.

Broj mogućih kombinacija alela u muškim ili ženskim gamama može se odrediti općom formulom 2 n, pri čemu je n broj kromosoma karakterističan za haploidni skup. Kod ljudi je n = 23, a mogući broj kombinacija je 2 23 = 8388608. Slijedeća zajednica gameta tijekom gnojidbe je također slučajna pa se u potomstvu može zabilježiti neovisno cijepanje za svaki par likova (Slika 3.11).

Međutim, broj znakova u svakom organizmu je mnogo puta veći od broja njegovih kromosoma, koji se mogu razlikovati pod mikroskopom, stoga svaki kromosom mora sadržavati mnoge čimbenike. Ako zamislimo da neki pojedinci heterozigotni za dva para gena koji se nalaze u homolognim kromosomima proizvode gamete, onda ne moramo uzeti u obzir ne samo vjerojatnost formiranja gameta s izvornim kromosomima, nego i gamete koje su primile kromosom promijenjene kao posljedica križanja u profazi I meioze. Posljedično, nova kombinacija osobina pojavit će se u potomstvu. Podaci dobiveni u pokusima na Drosophila, osnovali su osnovu kromosomska teorija nasljeđivanja.

Još jedna temeljna potvrda citološke osnove nasljednosti dobivena je u istraživanju različitih bolesti. Dakle, kod ljudi, jedan od oblika raka je zbog gubitka malog dijela jednog od kromosoma.

Nasljedni obrasci koje je utvrdio G. Mendel, njihova citološka osnova (mono- i dibridni prijelaz)

Temeljni zakoni neovisne baštine likova otkrili su G. Mendel, koji je uspjeh postigao primjenom nove hibridne metode u njegovom istraživanju.

Uspjeh G. Mendela bio je osiguran sljedećim čimbenicima:

1. Dobar izbor predmeta istraživanja (sjeme graha), koji ima kratku vegetacijsku sezonu, samo-oprašiva biljka, daje značajnu količinu sjemena i zastupa veliki broj sorata s uvaženim svojstvima;

2. koristeći samo čiste linije grašaka, koje već nekoliko generacija nisu dale cijepanje znakova u potomstvu;

3. koncentracija na samo jedan ili dva znaka;

4. planiranje eksperimenta i izradu jasnih uzoraka križanja;

5. točan kvantitativni izračun nastalog potomstva.

Za studiju, G. Mendel odabrao je samo sedam znakova s alternativnim (kontrastnim) manifestacijama. Već je na prvim prijelazima primijetio da je u potomstvu prve generacije, pri prelasku biljaka sa žutim i zelenim sjemenkama, svi potomci imali žuto sjeme. Slični rezultati dobiveni su u istraživanju ostalih znakova (tablica 3.1). Znakovi koji su prevladali u prvoj generaciji, nazvao je G. Mendel dominantan. Pozvali su se oni koji se nisu pojavili u prvoj generaciji recesivno.

Pozvani su pojedinci koji su dali cijepanje u potomstvu hctcrozigotnost i pojedinci koji nisu dali cijepanje - homozigota.

Tablica 3.1

Znakovi grašaka, nasljedstvo koje je proučavao G. Mendel

Znak	Mogućnost manifestacije
Znak	dominantan	recesivan
Boja sjemena
Oblik sjemena		naboran
Oblik voća (grah)		artikulirati
Obojenost fetusa
Bojanje cvijeta Corolla
Cvjetni položaj	aksilarni	apikalni
Dužina stabljike		kratke

Naziva se prijelaz u kojem se ispituje samo jedno obilježje monohybrid. U tom se slučaju pronalaze uzorci nasljeđivanja samo dvije varijante jedne osobine, čiji je razvoj rezultat par alelnih gena. Na primjer, znak "bojenje korule cvijeta" u grašak ima samo dvije manifestacije - crvene i bijele. Sve druge karakteristike tih organizama ne uzimaju se u obzir i ne uzimaju se u obzir u izračunima.

Shema monohidratnog prijelaza je sljedeća:

Preko dva graška, od kojih je jedna imala žuto sjeme, a druga zelena, prva generacija G. Mendela primala je biljke isključivo žutim sjemenjem, bez obzira na koju je biljku izabran kao roditelj i koji je bio otac. Isti rezultati dobiveni su u križevima na drugim osnovama, što je dalo mišljenje G. Mendela da formulira zakon uniformnosti hibrida prve generacije, koji se također zove prvi zakon mendela i zakon dominacije.

Prvi zakon Mendela:

Pri prijelazu homozigotnih roditeljskih oblika koji se razlikuju u jednom paru alternativnih osobina, svi hibridi prve generacije bit će jednaki u oba genotipa i fenotipu.

A - žuto sjeme; i - zeleno sjeme.

Kada se samo-oprašuju (prelaze) hibride prve generacije, pokazalo se da 6022 sjemenke imaju žutu boju, a 2001 - zeleno, što otprilike odgovara omjeru 3: 1. Otkriven uzorak dobio je naziv cijepanje zakonom, ili Mendelov drugi zakon.

Drugi zakon Mendela:

Pri prelasku prve generacije heterozigotnih hibrida u potomstvo, jedan od likova prevladat će u omjeru 3: 1 prema fenotipu (1: 2: 1 prema genotipu).

Međutim, po fenotipu pojedinca, daleko je od uvijek moguće utvrditi svoj genotip, jer kao homozigote za dominantni gen (AA) tako i heterozigotima (Aa) imat će u fenotipskoj manifestaciji dominantnog gena. Zbog toga se primjenjuju za organizme s višestrukom oplodnjom analiziranje križa - prijelaz, u kojem se organizam nepoznatog genotipa križi s homozigotom za recesivni gen kako bi se provjerio genotip. Istovremeno, homozigotni pojedinci ne proizvode razdvajanje u potomstvu prema dominantnom genu, dok u heterozigotnom potomstvu postoji jednak broj osoba s dominantnim i recesivnim svojstvima:

Na temelju rezultata vlastitih eksperimenata, G. Mendel je sugerirao da se nasljedni čimbenici ne miješaju u formiranju hibrida, ali ostaju nepromijenjeni. Budući da se veza između generacija provodi kroz gamete, priznao je da u procesu formiranja samo jedan čimbenik parove ulazi u svaki od gameta (to jest, gamete su genetski čiste), a tijekom gnojidbe par se obnavlja. Te pretpostavke se zovu pravila čistoće gameta.

Pravilo čistoće Gamete:

Tijekom genetogeneze, geni jednog parova su odvojeni, tj. Svaki gamet nosi samo jednu verziju gena.

Međutim, organizmi se međusobno razlikuju na mnoge načine, pa je moguće utvrditi uzorke njihove baštine samo analizom dva ili više znakova u potomstvu. Prijelaz, na kojem se uzima u obzir nasljedstvo, a provodi se precizno kvantitativno računovodstvo potomstva za dva para likova, zove se dvaju hibrida. Ako se analizira manifestacija većeg broja nasljednih osobina, to je već poligibridnoe prijelaz.

Dijagram hibridnog prijelaza:

Uz veću raznolikost gameta, određivanje genotipova potomaka postaje teško, pa se za analizu široko upotrebljava Pennet rešetka, u kojoj se muški spolovi unose vodoravno, a ženske se vertikalno ulaze. Genotipovi potomaka određeni su kombinacijom gena u stupcima i redovima.

Za hibridni hibridni prijelaz, Mendel je izabrao dvije karakteristike: boju sjemena (žuto i zeleno) i njihov oblik (glatke i naborane). U prvoj generaciji promatra se zakon uniformnosti hibrida prve generacije, au drugoj generaciji bilo je 315 žutih glatkih sjemenki, 108 - zeleno glatko, 101 - žuto naborano i 32 zeleno naborano. Izračun je pokazao da je cijepanje bilo blizu 9: 3: 3: 1, ali za svaki od znakova omjer je ostao 3: 1 (žuto - zelena, glatka - naborana). Ovaj uzorak se zove zakon nezavisnog cijepanja značajki ili Treći zakon Mendela.

Treći zakon Mendela:

Pri prijelazu homozigotnih roditeljskih oblika koji se razlikuju u dva ili više parova svojstava, u drugoj generaciji, nezavisno razdvajanje tih osobina pojavit će se u omjeru 3: 1 (9: 3: 3: 1, kada dihybrid crossing).

Treći zakon Mendel primjenjuje se samo na slučajeve nezavisnog nasljeđivanja, kada se geni nalaze u različitim parovima homolognih kromosoma. U tim slučajevima, kada se geni nalaze u jednom paru homolognih kromosoma, uzorci povezane nasljednosti vrijede. Uzroci neovisnog nasljeđivanja likova koje je utvrdio G. Mendel često su također prekršeni u interakciji gena.

Zakoni T. Morgan: povezani nasljedstvo likova, poremećaj povezivanja gena

Novi organizam prima od roditelja ne genskog raspršivanja, već čitav kromosom, dok je broj znakova i, prema tome, geni koji ih određuju, mnogo veći od onih kromosoma. Sukladno kromosomskoj teoriji nasljeđivanja, geni koji se nalaze u istom kromosomu nasljeđuju se u spoju. Kao posljedica toga, kada su hibridizirani prijelaz, ne daju očekivani cijepanje 9: 3: 3: 1 i ne poštuju treći zakon Mendela. Očekuje se da je povezanost gena potpuna, a prilikom prijelaza pojedinaca homozigotnim za te gene, au drugoj generaciji daje početne fenotipove u omjeru 3: 1, a prilikom analize križanja hibrida prve generacije, cijepanje bi trebalo biti 1: 1.

Da bi testirali tu pretpostavku, američki genetičar T. Morgan izabrao je iz Drosophila par gena koji kontroliraju boju tijela (sivo - crni) i oblik krila (dugo rudimentarni), koji se nalaze u jednom paru homolognih kromosoma. Sivo tijelo i duga krila dominantne su značajke. Pri prelasku homozigotne leta s sivim tijelom i dugačkim krilima i homozigotnom letom s crnim tijelom i prvotnim krilima u drugoj generaciji, roditeljski fenotipovi su zapravo dobiveni u omjeru blizu 3: 1, ali bilo je i neznatan broj pojedinaca s novim kombinacijama tih znakova ( Slika 3.12).

Ti se pojedinci zovu rekombinantni. Međutim, nakon analize hibridizacije hibrida prve generacije s homozigotima za recesivne gene, T. Morgan je utvrdio da 41,5% pojedinaca ima sivo tijelo i duge krila, 41,5% crnog tijela i početne krila, 8,5% sivo tijelo i rudimentarna krila, i 8,5% - crno tijelo i rudimentarna krila. On je povezao rezultirajući cijepanje s križanjem koji se pojavio u profazi I meioze i sugerirao da jedinica udaljenost između gena u kromosomu bude 1% prelaska, kasnije nazvana za njega kao morganida.

Oblici povezanosti nasljedstva, uspostavljeni tijekom pokusa na voćnim mušicama, nazivaju se zakonom T. Morgan.

Morganov zakon:

Geni koji su lokalizirani u jednom kromosomu zauzimaju određeno mjesto, nazvano lokusom, te su naslijeđeni povezani, pri čemu je sila vezanja inverzno proporcionalna udaljenosti između gena.

Geni koji se nalaze u kromosomu neposredno jedan za drugim (vjerojatnost prijelaza je iznimno malena) nazivaju se potpuno povezani, a ako postoji između ostalog najmanje jedan drugi gen, oni nisu potpuno povezani i njihova veza je prekidana pri prelasku kao rezultat razmjene dijelova homolognih kromosoma.

Fenomeni povezivanja gena i prijelaza omogućuju nam da konstruiraju karte kromosoma s rasporedom gena na njima. Genetske karte kromosoma su stvorene za mnoge genetski dobro proučavane predmete: Drosophila, miš, čovjek, kukuruz, pšenica, grašak, itd. Proučavanjem genetskih karata možete usporediti strukturu genoma u različitim vrstama organizama, što je važno za genetiku i uzgoj, kao i evolucijske studije ,

Genetika poda

Pavle - To je skup morfoloških i fizioloških obilježja organizma, pružajući spolnu reprodukciju, čija je bit svedena na gnojidbu, tj. Spajanje muških i ženskih zametnih stanica u zigote iz kojeg se razvija novi organizam.

Znakovi na kojima se jedan spol razlikuje od drugog, podijeliti u primarnu i sekundarnu. Primarna seksualna obilježja su spolni organi, i svi ostali - na sekundarnu.

Kod ljudi sekundarne seksualne karakteristike su tip tijela, tonovi glasa, prevlast mišića ili masnog tkiva, prisutnost dlake na licu, Adamova jabuka, mliječne žlijezde. Dakle, kod žena zdjelica je obično širi od ramena, dominira masno tkivo, izražene su mliječne žlijezde i glas je visok. Muškarci se razlikuju od njih u širim ramenima, prevlast mišićnog tkiva, prisutnost rasta kose na licu i Adamova jabuka, kao i na niskim glasom. Čovječanstvo je odavno zainteresirano za pitanje zašto se pojedinci muškog i ženskog spola rađaju u omjeru od otprilike 1: 1. Objašnjenje za to dobiveno je u istraživanju kariotipova insekata. Pokazalo se da ženke nekih kukaca, skakavaca i leptira jedan kromosom više od mužjaka. Zauzvrat, mužjaci proizvode gamete koje se razlikuju po broju kromosoma, čime unaprijed određuju spol supruga. Međutim, kasnije je otkriveno da se većina organizama ne razlikuje od broja kromosoma u muškaraca i žena, ali jedan od spolova ima par kromosoma koji se ne uklapaju u veličini, a drugi se sviraju s kromosomima.

Slična je razlika također pronađena u ljudskom kariotipu: muškarci imaju dva neobilježena kromosoma. U formi, ovi kromosomi na početku podjele nalikuju latinskim slovima X i Y, te su stoga nazvani X i Y kromosomi. Muška sperma može nositi jedan od tih kromosoma i odrediti spol nerođenog djeteta. U tom smislu, kromosomi ljudi i mnogi drugi organizmi podijeljeni su u dvije skupine: autosome i heterokromosome, ili spolne kromosome.

K autosomni kromosomi kromosomi su isti za oba spola, dok su seks kromosoma - To su kromosomi koji se razlikuju u različitim spolovima i nose informacije o seksualnim karakteristikama. U slučajevima gdje spol nosi isti spol kromosoma, na primjer XX, to se kaže homozigota, ili gomogameten (čini iste gamete). Drugi seks, koji ima različite spolne kromosome (XY), zove se hemizigotni (koji nemaju puni ekvivalent alelnih gena), ili heterogametic. U muškaraca, većina sisavaca, muha, Drosophila i drugih organizama, ženski spol je homogametan (XX), a mužjak je heterogametan (XY), dok je kod muškaraca muški spol homogametan (ZZ ili XX), a ženka je heterogametna (ZW ili XY) ,

Kromosom X je velika neravna ramena kromosoma koja nosi više od 1.500 gena, a mnogi od njihovih mutantnih alela uzrokuju osobu da razvije teške nasljedne bolesti kao što su hemofilija i sljepoća u boji. Kromosom Y, nasuprot tome, vrlo je malen, sadrži samo desetak gena, uključujući specifične gene odgovorne za razvoj muškog tipa.

Kariotip čovjeka zabilježen je kao, 46, XY, a kariotip žene zabilježen je kao 46, XX.

Budući da se gamete s spolnim kromosomima proizvode u muškaraca s jednakom vjerojatnošću, očekivani odnos spolova u potomstvu je 1: 1, što se podudara s stvarno promatranim.

Pčele se razlikuju od ostalih organizama u tome što se ženke razvijaju od oplođenih jaja i mužjaka od nefertiliziranih. Njihov omjer spolova razlikuje se od gore navedenog, budući da je proces oplodnje reguliran uterusom, u čijem je genitalnom traktu, od proljeća, spermatozoidi pohranjeni tijekom cijele godine.

U mnogim organizmima spol se može odrediti na drugi način: prije ili poslije gnojidbe, ovisno o uvjetima okoline.

Nasljeđivanje spolno povezanih osobina

Budući da se neki geni nalaze u spolnim kromosomima koji nisu isti za pripadnike suprotnih spolova, priroda nasljeđa likova kodiranih tim genima razlikuje se od općeg. Ova vrsta nasljeđa zove se kris-cross nasljeđivanje, budući da muškarci nasljeđuju osobine majke, a žene nasljeđuju osobine majke. Poznate su osobine određene genima koji se nalaze na spolnim kromosomima spojeno na pod. Primjeri spolno povezanih osobina su recesivni znakovi hemofilije i sljepoće u boji, koji se uglavnom manifestiraju kod muškaraca, budući da u Y kromosomu nema alelnih gena. Žene pate od takvih bolesti samo ako su primili takve znakove od oca i majke.

Na primjer, ako je majka heterozigotna nosač hemofilije, tada će u polovici njezinih sinova biti povrijeđena zgrušavanje krvi: Hn - normalna koagulacija krvi X h - inkogagulacija krvi (hemofilija)

Znakovi kodirani u genima Y kromosoma prenose se isključivo preko muške linije i nazivaju se golandricheskimi (prisutnost membrane između nožnih prstiju, povećani rast dlake ruba čašice).

Interakcija gena

Provjera uzoraka neovisnog nasljeđa na raznim predmetima već početkom 20. stoljeća pokazala je da, primjerice, kada noćna ljepota prelazi biljke crvenom i bijelom halom, hibridi prve generacije imaju ružičaste naplatke, dok u drugoj generaciji postoje pojedinci s crvenim i ružičastim i bijelo cvijeće u omjeru 1: 2: 1. To je dovelo istraživače da vjeruju da alelički geni mogu imati određeni utjecaj jedni na druge. Nakon toga, također je utvrđeno da nelinealni geni doprinose manifestaciji znakova drugih gena ili ih potiskuju. Ta su zapažanja postala temelj ideja genotipa kao sustava interakcijskih gena. Trenutno, postoje interakcije alelnih i nonalelijskih gena.

Interakcija alelnih gena uključuje potpunu i nepotpunu dominaciju, kodominancu i nadimak. Puno dominacije oni uzimaju u obzir sve slučajeve interakcije alelnih gena u kojima se promatra samo dominantna osobina u heterozigoti, kao što je, na primjer, boja i oblik sjemena u grašak.

Nedovršena dominacija je vrsta interakcije alelnih gena, u kojima manifestacija recesivnog alela u većoj ili manjoj mjeri slabi manifestaciju dominantnog, kao u slučaju bojanja noćne corolle (bijelo + crveno = ružičasto) i stoke.

Kodominirovaniem nazovite ovu vrstu interakcije alelnih gena, u kojima se pojavljuju oba alela, bez slabljenja međusobnih učinaka. Tipičan primjer kodomincije je nasljeđivanje krvnih skupina od ABO sustava (tablica 3.2). IV (AB) krvna skupina kod ljudi (genotip - I A I B).

Kao što se može vidjeti iz tablice, I, II i III krvne skupine nasljeđuju se prema vrsti potpune dominacije, a IV (AB) skupina (genotip - I A I B) je slučaj kodominance.

ogledima - to je fenomen u kojem se u heterozigotnom stanju dominantna osobina čini mnogo jačom nego u homozigotnom stanju; Overdominance se često koristi u uzgoju i smatra se uzrok heterozis - fenomeni hibridne snage.

Poseban slučaj interakcije alelnih gena može se smatrati tzv smrtonosni geni koji u homozigotnom stanju dovode do smrti organizma, najčešće u embrionalnom razdoblju. Uzrok smrti potomstva je pleiotropni učinak gena za sivu boju vune u astrakanskim ovcama, platinastu boju u lisicama i odsustvo vage u zrcalnim šaranima. Kada su dva pojedinca heterozigotna za te gene prekriženi, cijepanje test trakt u potomstvo će biti 2: 1 zbog smrti od 1/4 od potomstvo.

Glavne vrste interakcije nelealnih gena su komplementarnost, epistaza i polimeri. komplementarnost - ovo je vrsta interakcije nealijskih gena, u kojima je prisutnost najmanje dva dominantna alela različitih para nužna za očitavanje određenog stanja svojstva. Na primjer, bundeva pri prelasku biljaka s kuglastim (AAbb) i dugo (AABB) plodovi prve generacije pojavljuju se biljkama s discoidnim plodovima (AAAb).

K Epistaza uključuju takve pojave interakcije nealijskih gena u kojima jedan gen bez alela potiskuje razvoj drugog svojstva. Na primjer, u pilićima, boja obloga određuje jedan dominantni gen, dok drugi dominantni gen inhibira razvoj boje, pri čemu većina pilića ima bijeli premaz.

polimeri nazvan je fenomen u kojem nelinealni geni imaju isti učinak na razvoj svojstva. Dakle, kvantitativni atributi su najčešće kodirani. Na primjer, boja kože osobe određena je s najmanje četiri para ne-alelnih gena - dominantnijih alela u genotipu, tamnije kože.

Genotip kao cjelovit sustav

Genotip nije mehanički zbroj gena, jer mogućnost manifestacije gena i oblika njegove manifestacije ovise o uvjetima okoline. U ovom slučaju, okoliš znači ne samo okoliš, nego i genotipni okoliš - drugi geni.

Obilježavanje kvalitativnih znakova rijetko ovisi o uvjetima okoline, iako ako ermin kunić izbacuje dio tijela s bijelom vunom i na njemu nanosi mjehurić s ledom, tada će na tom mjestu rasti crna vuna.

Razvoj kvantitativnih osobina mnogo je ovisniji o uvjetima okoline. Na primjer, ako se moderne sorte pšenice uzgajaju bez upotrebe mineralnih gnojiva, njegov prinos znatno se razlikuje od genetski programiranih 100 ili više centara po hektaru.

Dakle, samo su "sposobnosti" organizma zabilježene u genotipu, no one se manifestiraju samo u interakciji sa uvjetima okoline.

Osim toga, geni međusobno djeluju i, jednom u istom genotipu, mogu snažno utjecati na manifestaciju djelovanja susjednih gena. Dakle, za svaki pojedini gen postoji genotipski okoliš. Moguće je da je razvoj bilo koje osobine povezan s djelovanjem mnogih gena. Osim toga, otkriveno je ovisnost nekoliko svojstava na jedan gen. Na primjer, u zob, boja ljestvice i duljina kralježnice sjemena određuje se jednim genom. U Drosophili, gen bijelog bojenja oka istodobno utječe na boju tijela i unutarnjih organa, duljinu krila, smanjenu plodnost i smanjenu očekivanu životnu dob. Nije isključeno da je svaki gen istodobno gen glavne akcije za "vlastitu" osobinu i modifikator za druge osobine. Dakle, fenotip je rezultat interakcije gena cijelog genotipa s okolinom tijekom ontogenije pojedinca.

U tom smislu poznati ruski genetičar M. E. Lobashev definirao je genotip kao sustav interakcijskih gena. Ovaj integralni sustav nastao je u procesu evolucije organskog svijeta, dok su preživjeli samo oni organizmi u kojima interakcija gena proizvodi najpovoljniju reakciju u ontogenezi.

Ljudska genetika

Za čovjeka kao biološku vrstu, genetički zakoni nasljednosti i varijabilnosti uspostavljeni za biljke i životinje potpuno su valjani. Istodobno, ljudska genetika, koja proučava zakone nasljednosti i varijabilnosti ljudi na svim razinama njihove organizacije i postojanja, zauzima posebno mjesto među ostalim dijelovima genetike.

Ljudska genetika je istodobno temeljna i primijenjena znanost, jer se bavi proučavanjem nasljednih ljudskih bolesti, koje se trenutno opisuju više od 4 tisuće, potiče razvoj suvremenih trendova u općoj i molekularnoj genetici, molekularnoj biologiji i kliničkoj medicini. Ovisno o problematici, ljudska je genetika podijeljena na nekoliko područja koja su se pojavljivala u nezavisnim znanostima: genetika normalnih ljudskih simptoma, medicinske genetike, ponašanja i genetike inteligencije, genetike ljudske populacije. U tom smislu, u našem vremenu, čovjek kao genetički objekt je proučavan gotovo bolji od glavnih modela objekata genetike: Drosophila, arabidopsis, itd.

Ljudska biološka priroda ima značajan utjecaj na istraživanje genetike zbog kasnog puberteta i velikih vremenskih razlika između generacija, malog broja potomaka, nemogućnosti usmjerenih križeva za genetsku analizu, nedostatka čistih linija, nedostatka točnosti pri registraciji nasljednih osobina i malih rodova, nemogućnosti stvaranja istih strogo kontrolirani uvjeti za razvoj potomaka iz različitih brakova, relativno velik broj i slabo različiti kromosomi i nemogućnost eksperimentalnog dobivanja mutacija.

Metode za proučavanje ljudske genetike

Metode korištene u ljudskoj genetici nisu bitno različite od onih općenito prihvaćenih za druge predmete - to jest rodoslovni, dvostruki, citogenetski, dermatoglički, molekularni biološki i statističke metode populacije, metoda hibridizacije somatskih stanicai simulacijska metoda. Njihova uporaba u ljudskoj genetici uzima u obzir specifičnosti osobe kao genetskog objekta.

Dvostruka metoda Pomaže u određivanju doprinosa nasljednosti i utjecaja uvjeta okoline na očitovanje neke osobine na temelju analize slučajnosti tih osobina u identičnim i bratskim blizancima. Dakle, većina identičnih blizanaca ima istu vrstu krvi, ociju i boju kose, kao i niz drugih znakova, dok obje vrste blizanaca pate od ospica.

Dermatoglyphic metoda na temelju proučavanja pojedinih osobina crteža kože prstiju (daktiloskopija), dlanova i stopala stopala. Na temelju tih značajki, često omogućuje pravovremeno otkrivanje nasljednih bolesti, posebice kromosomskih abnormalnosti, kao što su Downov sindrom, Shereshevsky-Turner i drugi.

Genetska metoda - Ovo je metoda izrade rodova, koji pomažu u određivanju prirode nasljeđivanja proučavanih osobina, uključujući nasljedne bolesti, i predviđaju rođenje potomaka s odgovarajućim osobinama. On je omogućio identificiranje nasljedne prirode takvih bolesti kao što su hemofilija, sljepoća boje, Huntingtonova koreja i drugi, čak i prije otkrića osnovnih zakona nasljeđivanja. Prilikom sastavljanja rodovnica vodi evidenciju svakog člana obitelji i uzima u obzir stupanj srodstva između njih. Nadalje, na temelju dobivenih podataka, rodoslovno drvo je izgrađeno korištenjem posebnih simbola (slika 3.13).

Genealoška metoda se može koristiti u istoj obitelji, ako imate informacije o dovoljnom broju ljudi izravnih rođaka, koji čine rodovnicu - vrpca, - na roditeljskim i majčinskim crtama, inače prikuplja podatke o nekoliko obitelji u kojima se ovaj simptom manifestira. Genealoška metoda omogućuje odrediti ne samo nasljednost karakteristika, ali prirodu baštinu .. Dominantna ili recesivna, autosomno ili seks-linked, itd Dakle, portreti austrijski vladar Habsburški utvrđeno naslijeđe prognatizma (jako izbočen donju usnu) i „Royal hemofilija” potomke britanske kraljice Viktorije (slika 3.14).

Rješenje genetičkih problema. Mapiranje križeva

Sve različite genetske zadatke mogu se svesti na tri vrste:

1. Zadaci za rješavanje.

2. Zadaci za određivanje genotipa.

3. Zadaci za utvrđivanje vrste nasljeđivanja svojstva.

značajka zadataka namire To je dostupnost informacija o nasljeđivanju osobina i fenotipova roditelja, koji je jednostavan za instalaciju i genotipova roditelja. Potrebno je uspostaviti genotipove i fenotipove potomstva.

Sl. 72. Bakterije i jednostanične gljive: 1 - E. coli; 2 - kvasac

Zapamtite koja je kraljevstva podijeljena na sve organizme. Razmotrite brojke 72, 73. Koje su strukturne osobine jednostaničnih organizama? Razmotrite brojke 74, 75. Kako se kolonijalni organizmi razlikuju od organizama s jednim stanicama? Usporedite mnoge stanične i jednostanične organizme. Koje su njihove značajne razlike?

Tijelo (od lat. Tijelo - organizirati, donijeti tanki izgled) - je biološki sustav koji se sastoji od međusobno povezanih dijelova koji funkcioniraju kao jedna cjelina. Za svaki organizam svi znakovi života su karakteristični: metabolizam i pretvorba energije, razdražljivost, nasljednost i varijabilnost, rast, razvoj i reprodukcija. Organizmi koji žive na Zemlji vrlo su različiti u strukturi: jednostanični, kolonijalni i višestanični. Međutim, samo među jednostanične prokariota se nalaze, a sve kolonijalne i višestanične - eukariota.

Unicellularni organizmi. Najjednostavniji oblici organizama su jednostanični. Pronađeni su među svim važnijim kraljevstvima žive prirode: bakterijama, biljkama, životinjama i gljivama (Sl. 72, 73). Jedinstveni organizmi su česti u vodi, tlu, zraku, kao iu tijelima višestaničnih organizama. Jedinstveni organizmi uspješno su prilagođeni različitim životnim uvjetima i čine gotovo polovicu mase svih organizama na Zemlji. Neki od njih su autos, a drugi su heterotrofi.

Sl. 73. Jedinstvene alge i protozoe: 1 - klorella; 2 - amoeba obična, uzbudljiva cipela ipfusorium

Značajna osobina jedne stanice - prilično jednostavna struktura tijela. Ovo je stanica koja ima sve glavne značajke neovisnog organizma. Orgulje (od lat. Orgulje su diminutive organa, tj. Male orgulje) stanice, poput organa višestaničnih organizama, obavljaju različite funkcije. Unicellular reproducirati vrlo brzo i pod povoljnim uvjetima za jedan sat može proizvesti dvije, a ponekad i tri generacije. U nepovoljnim uvjetima mogu nastati spore, prekrivene gustim školjkama. Procesi vitalne aktivnosti u sporovima gotovo su odsutni. Pod povoljnim uvjetima, spor se vraća u aktivno funkcioniranu ćeliju.

Prokariotski jednostanični organizmi ulaze samo u područje bakterija. Jedinstvene eukariote nalaze se u drugim kraljevstvima divljih životinja. U kraljevstvu, Biljke su jednostanične alge, u kraljevstvu Životinje su najjednostavnije one, u kraljevstvu Gljive su jednostanični gljivični kvasci.

Kolonijalni organizmi. Mnogi znanstvenici smatraju da su kolonijalni organizmi prijelazni od jednostaničnih do višestaničnih oblika života. U primitivnom obliku, ova pojava se promatra u prokariotima, bakterijama koje, kada su podijeljene, formiraju kolonije. A za svaku vrstu bakterija karakterizira vlastiti specifični oblik kolonije. Oni sintetiziraju određene enzime koji im omogućuju učinkovitije korištenje hranjivih tvari. U nepovoljnim uvjetima, stanice takvog kolonija formiraju spore koje omogućuju tijelu da preživi.

Kolonije mogu formirati i zelene alge. Najzanimljivija je u tom smislu kolonija volvoxa, koja se više sliči višestaničnom organizmu (sl. 74). Koordinirano premlaćivanje flagele pruža usmjereno kretanje. Reproduktivne stanice odgovorne za reprodukciju nalaze se na jednoj strani kolonije. Zahvaljujući njima, kolonije kćeri formiraju se unutar majčinske kolonije, koje se potom odvajaju i prenose u neovisno postojanje.

Sl. 74. Colonial alga Volvox: 1 - pojava kolonije: 2 - struktura pojedinih stanica, međusobno povezanih nitima citoplazme

Multicelularni organizmi. Iako su jednostanične stanice vrlo brojne i rasprostranjene na Zemlji, u usporedbi s njima, višestanični organizmi imaju nekoliko prednosti. Prije svega, oni mogu koristiti resurse okruženja nedostupne jednoj stanici. Na primjer, prisutnost mnoštva stanica koje tvore različita tkiva i organi omogućava da drvo ili grm dosegnu veliku veličinu, koristeći korijene za pružanje vode i mineralne prehrane za sebe i stvaranje organskih tvari u zelenim listovima. Multicelularne životinje, zahvaljujući tkivima i organima, bolje su sposobne pribaviti hranu i razvijati nova staništa.

Sl. 75. Tkiva višestaničnih organizama: 1 - biljno tkivo (primarni fotonetski); 2 - životinjsko tkivo (ciliirani epitel)

U višestaničnom organizmu, stanice su vrlo različite, ali uvijek možete odabrati skupine ćelija koje su slične u strukturi i funkciji. Skupine stanica i izvanstanična supstanca višestaničnog organizma, koji imaju istu strukturu, podrijetlo i obavljaju slične funkcije, nazivaju se tkiva (Slika 75). Specijalizacija stanica za obavljanje određenih funkcija povećava učinkovitost cijelog organizma.

Različita tkiva kombiniraju se u organe, koji zauzvrat tvore organske sustave. Unutarnji organi i organski sustavi karakteristični su za životinje. Biljke imaju malo drugačiju strukturu organa, ali se također sastoje od različitih tkiva.

Noncellularni oblici života

Virusi. Osim organizama koji imaju staničnu strukturu, postoje ne-stanični oblici života - virusi (od Lat. Virus - otrov). Njihova svojstva dopuštaju, s jedne strane, da ih uzmu u obzir životnih tijela prirode, as druge strane, smatrati ih molekulama nežive prirode. Virusi imaju nasljednost i varijabilnost. Istovremeno, oni nisu sposobni za nezavisni metabolizam, pretvorbu energije i reprodukciju. Dakle, virusi su prijelazna skupina između animirane i nežive prirode.

Sl. 76. Dmitrij Iosifovich Ivanovsky (1864-1920)

Virusi su tako mali da je prije pojave elektronskog mikroskopa njihova priroda ostala nejasna. Aktivno istraživanje virusa počelo je tek u drugoj polovici dvadesetog stoljeća. Istodobno je formirana zasebna virusna znanost - virologija. Trenutno je studija virusa vrlo intenzivna, otvoreno mnogo novih vrsta.

Čestice virusa imaju simetričnu strukturu i različite oblike (sl. 77). Među njima su polyhedra (virus poliomijelitisa i herpes virus), štapićasti oblik (duhanski mozaik virus) i nepravilno ovalni oblik (virus influence).

Sl. 77. Duhanski mozaik virus: 1 - biljka duhana pod utjecajem virusa; 2 - elektronska fotografija virusa; Shema 3 strukture

Virusi imaju vrlo primitivnu strukturu. Odvojene čestice virusa - virioni, koji se sastoje od nukleinske kiseline i proteina. Nukleinska kiselina služi kao nasljedni aparat virusa i može se predstaviti kao DNA molekula i RNA. To je jezgra virusa i zaštićena je kapsulom. Kapsula je izgrađena od raznih molekula proteina, čija struktura određuje vanjsku strukturu viriona. Neki predstavnici virusa, osim kapsula, mogu imati dodatnu membranu proteina i lipida.

Virusi uzrokuju razne bolesti biljaka, životinja, ljudi i bakterija.

Sl. 78. Struktura bakteriofag virusa: 1-proteinska kapsula; 2 - virusna DNA; 3 - ovratnik: 4 - repnu omotač; 5 - bazalna ploča s bodljama; 6 - rep niti

Virus humane imunodeficijencije (HIV) uzrokuje bolest AIDS - stečenog sindroma imunodeficijencije (Sl. 79). HIV virioni su okrugli. Vani su prekrivene proteinskom lipidnom membranom. Pod membranom je međuproizvodna kapsula. Unutar njega je genetski aparat HIV - dvije RNA molekule.

Sl. 79. Virus humane imunodeficijencije (HIV): 1 - proteinska kapsula; 2 - enzimske molekule; 3 - RNA; 4 - lipidna membrana; 5 - membranski proteini

Kada HIV uđe u ljudsku krv, inficira bijele krvne stanice, koje su odgovorne za imunitet tijela. Oštećene bijele krvne stanice umiru ili prestanu prepoznati strane patogene bakterije i abnormalne ljudske stanice, nastale kao rezultat poremećaja normalne podjele stanica. Kao rezultat toga, osoba zaražena virusom HIV-a umre od infektivne bolesti, budući da su leukociti neaktivni i ne proizvode proteine protutijela. Smrt osobe može doći iz raka, što dovodi do proliferacije abnormalnih stanica. Znanstvenici intenzivno traže lijekove koji mogu zaštititi ili izliječiti ovu najozbiljniju zaraznu bolest čovječanstva.

Vježbe na materijalu

Dajte definiciju organizma. Koje značajke treba posjedovati kao neovisni biološki sustav?
Navesti zajedničke znakove jednostaničnih organizama.
Kakva je komplikacija organizacije u tranziciji od jednostaničnih prokariota do eukariota?
Nazovite jednostanične predstavnike svakog kraljevstva organizama.
Kako se mogu objasniti visoke prilagodljive sposobnosti jednostaničnih organizama?
Kako su kolonijalni organizmi različiti od jednostaničnih i višestaničnih?
Koja je glavna razlika između stanica višestaničnih i jednostaničnih organizama?
Zašto se virusi smatraju prijelazom između animirajuće i nežive prirode?
Kako se virusi razlikuju u strukturi od bakterija?
Koje bolesti uzrokuju viruse u biljkama, životinjama i ljudima?
Koja je struktura virusa-bakteriofaga? Kako osoba koristi bakteriofage?
Koja je struktura virusa humane imunodeficijencije (HIV)? Kakva bolest uzrokuje HIV? Što se očituje?