§19. Raznolikost organizmov. Celične in neklične oblike življenja

Živi svet je napolnjen z vrtoglavo paleto živih bitij. Večina organizmov je sestavljena iz samo ene celice in ni vidna golemu očesu. Mnogi od njih postanejo vidni le pod mikroskopom. Drugi, kot so kunci, sloni ali borovci, pa tudi ljudje, so sestavljeni iz številnih celic, ti večcelični organizmi pa v velikem številu tudi naselijo po vsem svetu.

Zgradbe življenja

Strukturne in funkcionalne enote vseh živih organizmov so celice. Imenujejo se tudi gradniki življenja. Vsi živi organizmi so sestavljeni iz celic. Te strukturne enote je odkril Robert Hooke leta 1665. Pri ljudeh je okoli sto bilijonov celic. Velikost enega je približno deset mikrometrov. Celica vsebuje celične organele, ki nadzirajo njegovo delovanje.

Obstajajo enocelični in večcelični organizmi. Prvi sestavljajo eno celico, na primer bakterije, slednje pa rastline in živali. Število celic je odvisno od vrste. Velikost večine rastlinskih in živalskih celic je med 1 in 100 mikrometrov, zato so vidni pod mikroskopom.

Enocelični organizmi

Te drobne bitja sestavljajo ena celica. Amoebi in ciliati so najstarejše oblike življenja, ki so obstajale pred približno 3,8 milijona let. Bakterije, arheja, protozoji, nekatere alge in glive so glavne skupine enoceličnih organizmov. Obstajata dve glavni kategoriji: prokarioti in eukarioti. Prav tako se razlikujejo po velikosti.

Najmanjši so okoli 300 nanometrov, nekateri pa dosegajo velikosti do dvajset centimetrov. Takšni organizmi imajo navadno cilia in flagella, ki jim pomagajo premikati. Imajo preprosto telo z osnovnimi funkcijami. Reprodukcija je lahko aseksualna in spolna. Hrano običajno potekajo v fagocitozi, kjer se delci hrane absorbirajo in shranjujejo v posebne vacuole, ki so prisotne v telesu.

Večcelični organizmi

Živa bitja, sestavljena iz več kot ene celice, se imenujejo večcelična. Sestavljajo jih enote, ki so identificirane in medsebojno povezane, ki tvorijo zapletene večcelične organizme. Večina jih je vidno s prostim očesom. Organizmi, kot so rastline, nekatere živali in alge, se pojavljajo iz ene celice in prerastejo v organizacije z več verigami. Obe kategoriji živih bitij, prokariontov in evkariontov lahko razkrivata večceličnost.

Mehanizmi večcelnosti

Obstajajo tri teorije o razpravi o mehanizmih, s katerimi se lahko pojavi večceličnost:

Simbiozna teorija navaja, da je prva celica večceličnega organizma nastala zaradi simbioze različnih enoceličnih vrst, od katerih vsaka opravlja različne funkcije.
Sinticijska teorija trdi, da se večcelični organizem ne bi mogel razviti iz enoceličnih bitij z več jedri. Takšne najpreprostejše kot ciliati in sluznice imajo več jeder, s čimer podpirajo te teorije.
Kolonialna teorija trdi, da simbioza mnogih organizmov iste vrste vodi v evolucijo večceličnega organizma. Predlagal ga je Haeckel leta 1874. Večcelične oblike nastanejo zaradi dejstva, da se celice po postopku deljenja ne morejo ločiti. Primeri, ki podpirajo te teorije, so alge Volvox in Eudorin.

Prednosti večcelnosti

Kateri organizmi - večcelični ali enocelični - imajo več prednosti? To vprašanje je precej težko odgovoriti. Večceličnost organizma omogoča, da presega omejitve velikosti, poveča kompleksnost organizma in omogoča diferenciacijo številnih celičnih linij. Reprodukcija se dogaja pretežno s spolom. Anatomija večceličnih organizmov in procesi, ki se pojavljajo v njih, so precej zapleteni zaradi prisotnosti različnih vrst celic, ki nadzorujejo njihovo preživetje. Vzemi, na primer, delitev. Ta proces mora biti natančen in dobro usklajen, da se prepreči nenormalna rast in razvoj večceličnega organizma.

Primeri večceličnih organizmov

Kot je bilo že omenjeno, so večcelični organizmi dveh vrst: prokariontov in evkariontov. Prva je predvsem bakterije. Nekatere cianobakterije, kot sta chara ali spirogyra, so tudi večcelični prokarioti, včasih tudi ti kolonialni. Večina evkariontskih organizmov je sestavljena iz številnih enot. Imajo dobro razvito strukturo telesa in imajo posebne organe za opravljanje določenih funkcij. Večina dobro razvitih rastlin in živali je večcelično. Primeri so skoraj vse vrste gimnosperma in angiosperma. Skoraj vse živali so večkrmni eukarioti.

Značilnosti in znaki večceličnih organizmov

Obstaja masa znakov, s katerimi lahko enostavno ugotovimo, ali je organizem večceličen ali ne. Med njimi je mogoče ugotoviti naslednje:

Imajo precej zapleteno organizacijo telesa.
Specializirane funkcije izvajajo različne celice, tkiva, organi ali organi.
Delitev dela v telesu je lahko na celični ravni, na ravni tkiv, organov in ravni organskih sistemov.
To so predvsem evkarionti.
Poškodbe ali smrt nekaterih celic na svetovni ravni ne vplivajo na telo: prizadete celice bodo zamenjane.
Zaradi svoje večcelosti lahko telo doseže velike velikosti.
V primerjavi z enoceličnimi imajo daljši življenjski cikel.
Glavna vrsta razmnoževanja je spolno.
Diferenciacija celic je značilna le za večcelična.

Kako rastejo večcelični organizmi?

Vsa bitja, od majhnih rastlin in žuželk do velikih slonov, žirafe in celo ljudi, začnejo potovanje kot enoposteljne celice, imenovane oplojena jajca. Da bi prerastel v velik odrasli organizem, gredo skozi nekaj posebnih razvojnih stopenj. Po oploditvi jajčeca se začne proces večceličnega razvoja. V celotnem poteku pride do rasti in večkratne delitve posameznih celic. Ta replikacija na koncu ustvarja končni izdelek, ki je zapleteno, v celoti oblikovano življenje.

Ločevanje celic ustvari niz kompleksnih modelov, ki jih določajo genomi, ki so skoraj enaki v vseh celicah. Ta raznolikost vodi v izražanje genov, ki nadzira štiri faze razvoja celic in zarodkov: širjenje, specializacija, interakcijo in gibanje. Prva vključuje replikacijo številnih celic iz enega vira, druga pa je povezana z ustvarjanjem celic z izbranimi, določenimi značilnostmi, tretja pa vključuje porazdelitev informacij med celicami, četrta pa je odgovorna za postavitev celic skozi telo v tvorbo organov, tkiv, kosti in drugih fizikalne lastnosti razvitih organizmov.

Nekaj besed o razvrstitvi

Med večceličnimi bitji sta dve veliki skupini:

nevretenčarji (gobice, annelidi, členonožci, mehkužci in drugi);
akord (vse živali, ki imajo osni okostnjak).

Pomemben korak v celotni zgodovini planeta je nastajanje večcelnosti v procesu evolucijskega razvoja. To je bilo močno spodbudo za povečanje biotske raznovrstnosti in njegov nadaljnji razvoj. Glavna značilnost večceličnega organizma je jasna porazdelitev celičnih funkcij, odgovornosti, pa tudi vzpostavitev in vzpostavitev stabilnih in močnih stikov med njimi. Z drugimi besedami, to je velika kolonija celic, ki lahko ohranja stalen položaj v celotnem življenjskem krogu živega bitja.

Nazaj naprej

Pozor! Predogled diapozitiva se uporablja samo v informativne namene in morda ne zagotavlja vpogleda v vse možnosti predstavitve. Če vas zanima to delo, prosimo, prenesite celotno različico.

Vsi živi organizmi so razdeljeni s številom celic: enocelične in večcelične.

Enočelni organizmi vključujejo: edinstvene in nevidne bakterije in protozoa golega očesa.

Bakterijemikroskopski enocelični organizmi v velikosti od 0,2 do 10 mikronov. Telo bakterij je sestavljeno iz ene celice. V bakterijskih celicah ni jedra. Med bakterijami so mobilne in nepremične oblike. Premika z eno ali več flagella. Celice so raznolike v obliki: sferične, paličaste oblike, prepletene, v obliki: spirale, vejice.

Bakterijenajdemo povsod, ki naseljujejo vsa življenjska okolja. Največ jih je v tleh na globini 3 km. Najdeno je v sveži in slani vodi, na ledeniku in v vrelih izvirih. Veliko jih je v zraku, pri živalih in rastlinah. Ni izjema in človeško telo.

Bakterijenenavadne narave našega planeta. Uničujejo kompleksne organske snovi trupel živali in rastlin, s čimer prispevajo k nastanku humusa. Obrnite humus v minerale. Iz zraka asimilirajo dušik in z njimi obogatijo tla. Bakterije se uporabljajo v industriji: kemični (za proizvodnjo alkohola, kislin), v medicinski industriji (za proizvodnjo hormonov, antibiotikov, vitaminov in encimov), hrano (za proizvodnjo fermentiranih mlečnih izdelkov, mletje zelenjave in izdelavo vina).

Vsi protozoji sestavljen iz ene celice (in samo urejene), vendar je ta celica cel organ, ki vodi do samostojnega obstoja.

Amoeba (mikroskopska žival) podobna majhni (0,1-0,5 mm), brezbarvna želatina, nenehno spreminja obliko ("ameba" pomeni "spremenljivo"). Hrani bakterije, alge in druge protozoe.

Ciliates natikači (mikroskopska žival, njegova oblika je oblikovana kot čevelj) - ima podolgovato telo 0,1-0,3 mm dolgo. Plava s pomočjo krem, ki pokrivajo njeno telo, tuje konec naprej. Hrani na bakterijah.

Euglena Green - telo je podolgovato, dolg približno 0,05 mm. Premakne se s flagellum. Hrani kot rastlina v svetlobi in kot žival v temi.

Amebaje mogoče najti v majhnih majhnih ribnikih z dno tla (z onesnaženo vodo).

Ciliates natikači - prebivalca rezervoarjev z onesnaženo vodo.

Euglena Green - živi v ribnikih, onesnaženih z gnilimi listi v lužah.

Ciliates natikači - čisti bazene bakterij.

Po smrti najpreprostejšega Ustvarjajo se apnene deponije (npr. kreda) za krmljenje drugih živali. Najenostavnejši patogeni različnih bolezni, med katerimi so mnogi nevarni, vodijo paciente do smrti.

Konceptni sistem

Izobraževalne naloge:

predstaviti študente predstavnikom enoceličnih organizmov; njihova struktura, prehrana, vrednost;
še naprej oblikujejo komunikacijske spretnosti, delajo v paru (skupina);
še naprej oblikujejo spretnosti: primerjate, povzemajte, pripravite sklepe pri opravljanju nalog (katerih cilj je konsolidacija novega gradiva).

Vrsta lekcije: Lekcija učenja novega gradiva.

Vrsta lekcije: produktivno (iskanje) z uporabo IKT.

Metode in tehnike

Vizualno - diaprojekcija ("Kraljevine divjih živali", "bakterije", "protozoji");
Verbalno - pogovor (pogovor pogumno); anketa: frontalna, individualna; razlaga novega gradiva.

Učna orodja: Diaprojekcije: bakterije, protozoji, učbenik.

Potek pouka

I. Organizacija razreda (3 min.)

Ii. Domača naloga (1-2 min.)

Iii. Posodobitev znanja (5-10 min.)

(Aktualizacija znanja se začne s prikazom risbe Kraljevine Wildlife).

Bodite pozorni na sliko, katere kraljestva so organizmi, prikazani na sliki? (predstavitev 16 slide 1), (na bakterije, glive, živali, rastline).

Sl. 1 Kraljevina divjih živali

Koliko kraljevstev narave? (4) (vprašanje se postavlja, da se znanje vpiše v sistem in pride na diagram, slide 2)

Kaj so vsi živi organizmi? (iz celic)

Koliko in katerim skupinam se lahko razdelijo vsi živi organizmi? (diapozitiv 3), (odvisno od števila celic)

* študentje ne smejo imenovati predstavnikov enocelične (** najverjetneje ne bi imenovali najpreprostejših, ker jih še ne poznajo).

Iv. Potek pouka (20-25 min.)

Spomnili smo se: kraljestva narave; in v katere skupine so razdeljeni organizmi (glede na število celic), dajmo predpostavke o tem, kaj bomo študirali danes. (Učenci izražajo svoje mnenje, učitelj jih usmerja in "vodi" na temo) (slide 4).

Tema: Eničelni organizmi

Kaj menite, da je namen naše lekcije? (Predpostavke učencev, učitelj pošilja, popravi).

Namen: Uvod v strukturo enoceličnih organizmov

Da bi izpolnili naš cilj, bomo šli na "Potovanje v državo bakterij in protozojev" (slide 6)

(Samostojno delo študentov s predstavitvami: "Bakterije" ( predstavitev 2), "Najenostavnejši" ( predstavitev 1) v skladu z navodili učitelja)

(Pred začetkom dela se zadrži fizično izbiranje muhe, slide 5)

Tabela 1: Enicelularne živali(diapozitivi 7, 8)

Ime enocelično (ime: protozoji, bakterije)	Habitat (kje živijo?)	Hrana (kdo ali kaj jedo?)	Velikost telesa (v mm)	Vrednost (korist, škoda)
Bakterije	povsod (tla, zrak, voda itd.)	večina bakterij odda organske snovi	majhne velikosti; celice nimajo jedra	zdravniki, izboljšujejo rodovitnost tal, uporabljajo v prehrambeni industriji, pridobijo zdravila
Najenostavnejši:
Ameba	v ribnikih	bakterije, alge, druge protozoe	0,1-0,5, želatina	hrana za druge živali, povzročitelj bolezni človeka in živali
Ciliates natikači	v rezervoarjih	s pomočjo bakterij	0,1-0,3; podobno kot čevelj, je telo pokrito s cilji	hrana za druge živali, čisti ribnike bakterij
Najenostavnejši:
Euglena Green	v ribnikih, lužah	Hrani kot rastlina v svetlobi in kot žival v temi	0,05, podolgovato telo, z zastavico	krma za druge živali

Temu sledi razprava o mizi (in zato nova gradiva, s katerimi so se fantje srečali med potovanjem).

(Po razpravi se vrnite k cilju, ali ne?)

(Učenci sklepajo enako o takih enoceličnih organizmih ?, slide 9)

V. Povzetek lekcije (5 min.)

Razmišljanje o vprašanjih:

Ali sem užival v lekciji?
Koga sem rad rad delal z lekcijo?
Kaj sem razumel iz lekcije?

Literatura:

Učbenik: A. A. Pleshakov, N. I. Sonin. Narava 5. razred - M .: Drofa, 2006.
Hare R.G., Rachkovskaya I.V., Stambrovska V.M. Biologija Velika referenca za šolarje. - Minsk: "Visoka šola", 1999.

3.2. Reprodukcija organizmov, njen pomen. Metode razmnoževanja, podobnosti in razlike pri spolnem in nespečnem razmnoževanju. Uporaba spolnega in nespornega razmnoževanja v človeški praksi. Vloga mejoze in gnojenja pri zagotavljanju stalnosti števila kromosomov v generacijah. Uporaba umetne oploditve v rastlinah in živalih.

3.3. Ontogeneza in njeni notranji zakoni. Specializacija celic, tvorbe tkiv, organov. Embrionalni in postembryonski razvoj organizmov. Življenjski cikli in izmenjava generacij. Vzroki za zmanjšan razvoj organizmov.

3.5. Vzorec dednosti, njihova citološka podlaga. Mono- in hibridni prehod. Patterns of inheritance, ki jih je določil G. Mendel. Povezana dedovanja znakov, prekinitev povezav genov. Zakoni T. Morgana. Kromosomska teorija dednosti. Genetska tla. Dedovanje spolnih vezi. Genotip kot popoln sistem. Razvoj znanja genotipa. Človeški genom. Genska interakcija. Rešitev genskih problemov. Prečkanje kartiranja. Zakoni G. Mendela in njihove citološke podlage.

3.6. Spremenljivost znakov v organizmih: modifikacija, mutacijska, kombinacijska. Vrste mutacij in njihovih vzrokov. Vrednost spremenljivosti v življenju organizmov in v evoluciji. Reakcija

3.6.1. Spremenljivost, njena vrsta in biološki pomen.

3.7. Škodljivi učinki mutagenov, alkohola, drog, nikotina na genetski aparat celice. Varstvo okolja pred kontaminacijo z mutageni. Identifikacija virov mutagena v okolju (posredno) in ocena možnih posledic njihovega vpliva na lastno telo. Podedovane človeške bolezni, njihovi vzroki, preprečevanje.

3.7.1. Mutageni, mutageneza.

3.8. Izbira, njene naloge in praktična vrednost. Poučevanje N.I. Vavilova o centrih raznolikosti in poreklu gojenih rastlin. Zakon homolognih serij pri dedni variabilnosti. Metode vzreje novih sort rastlin, živalskih pasem, sevov mikroorganizmov. Vrednost genetike za vzrejo. Biološke osnove gojenja gojenih rastlin in domačih živali.

3.8.1. Genetika in selekcija.

3.8.2. Metode dela I.V. Michurin.

3.8.3. Centri izvora gojenih rastlin.

3.9. Biotehnologija, celično in gensko inženirstvo, kloniranje. Vloga celične teorije pri nastajanju in razvoju biotehnologije. Vrednost biotehnologije za razvoj vzreje, kmetijstva, mikrobiološke industrije, ohranjanja genskega bazena planeta. Etični vidiki razvoja nekaterih raziskav v biotehnologiji (človeško kloniranje, usmerjene spremembe genomov).

3.9.1. Celični in genski inženiring. Biotehnologija.

Različni organizmi: enocelični in večcelični; avtotrofi, heterotrofi.

Enicelularni in večcelični organizmi

Izredna raznolikost živih bitij na planetu prisili, da najdemo drugačna merila za njihovo razvrstitev. Tako jih imenujemo celične in neklične oblike življenja, saj so celice enota strukture skoraj vseh znanih organizmov - rastlin, živali, glivic in bakterij, medtem ko so virusi ne-celične oblike.

Odvisno od števila celic, ki tvorijo telo, in stopnje njihove interakcije se sproščajo enocelični, kolonialni in večcelični organizmi. Kljub temu, da so vse celice morfološko podobne in sposobne opravljati normalne celične funkcije (metabolizem, vzdrževanje homeostaze, razvoj itd.), Celice enoceličnih organizmov opravljajo funkcije celotnega organizma. Delitev celic v enoličnem delu povzroči povečanje števila posameznikov in v življenjskem ciklusu ni večceličnih stopenj. Na enoceličnih organizmih na splošno sovpadajo celične in organizmične ravni organizacije. Eničelna je velika večina bakterij, del živali (protozoji), rastline (nekatere alge) in glive. Nekateri taksonomisti celo predlagajo izolacijo enoceličnih organizmov v posebno kraljestvo - nasprotuje.

Kolonialno imenovanih organizmov, v katerih se v procesu aseksualne razmnoževanja hčerke še vedno povezujejo z materinim organizmom in tvorijo bolj ali manj zapleteno združenje - kolonijo. Poleg kolonij večceličnih organizmov, kot so koralni polipi, obstajajo tudi kolonije enoceličnih organizmov, zlasti alge Pandorin in Eudorin. Kolonialni organizmi so bili očitno vmesni v procesu pojavljanja večceličnih celic.

Večcelični organizmiNobenega dvoma ni, da imajo višjo raven organizacije kot enocelični, saj njihovo telo tvori več celic. Za razliko od kolonialnih, ki imajo lahko tudi več kot eno celico, v večceličnih organizmih se celice specializirajo za opravljanje različnih funkcij, kar se odraža tudi v njihovi strukturi. Cena te specializacije je izguba njihove celice, da so sposobne samostojno obstajati in pogosto razmnoževati svoje vrste. Delitev ene celice vodi v rast večceličnega organizma, ne pa tudi na njegovo razmnoževanje. Ontogenezo večceličnih organizmov je značilen po postopku razbijanja oplojeno jajčece v množico blastomernih celic, iz katerih se tvori organizem z diferenciranimi tkivi in organi. Večcelični organizmi so običajno večji od enoceličnih organizmov. Povečanje velikosti telesa glede na površino je pripomoglo k zapletu in izboljšanju metabolnih procesov, nastanku notranjega okolja in jim na koncu omogočilo večjo odpornost na vplive okolja (homeostaza). Tako ima večcelična celica številne prednosti v organizaciji v primerjavi z enoceličnimi in predstavlja kvalitativni preskok v procesu evolucije. Malo bakterij je večcelično, večina rastlin, živali in gliv.

Avtotrofi in heterotrofi

Po metodi prehrane so vsi organizmi razdeljeni na avtotrofi in heterotrofe. Avtotrofi lahko samostojno sintetizirajo organske snovi iz anorganskih snovi, medtem ko heterotrofi uporabljajo izključno pripravljene organske snovi.

Nekateri avtotrofi lahko za sintezo organskih spojin uporabljajo svetlobno energijo - ti organizmi se imenujejo fotoautotrofi, sposobni so fotosinteze. Foto avtotrofi so rastline in del bakterij. Chemoautotrophs, ki ekstrahirajo energijo z oksidacijo anorganskih spojin v procesu kemosinteze, so tesno povezani z njimi - to so nekatere bakterije.

Saprotrofi imenovani heterotrofni organizmi, ki se hranijo na organskih ostankov. Imajo pomembno vlogo pri kroženju snovi v naravi, saj zagotavljajo dokončanje obstoja organskih snovi v naravi, ki jih razgrajujejo v anorganske snovi. Tako so saprotrofi vključeni v tvorjenje tal, čiščenje vode itd. Saprotrofe vključujejo veliko gliv in bakterij, pa tudi nekatere rastline in živali.

Virusi - ne-celične življenjske oblike

Značilnosti virusov

Poleg celične oblike življenja so tudi ne-celične oblike življenja - virusi, viroidi in prioni. Virusi (iz lat. Vira - strup) se imenujejo najmanjši živi predmeti, ki niso sposobni pokazati nobenih znakov življenja zunaj celic. Dejstvo njihovega obstoja je dokazal leta 1892 s strani ruskega znanstvenika DI Ivanovskega, ki je ugotovil, da bolezen rastlin tobaka - tako imenovani tobačni mozaik - povzroča nenavaden patogen, ki prehaja skozi bakterijske filtre (slika 3.1), vendar šele leta 1917 Errel je izpostavil prvi virus - bakteriofag Virusi so preučevali virologija znanosti (iz Lat. Vir - strup in grščina Logos - beseda, znanost).

Danes je že znanih okrog 1000 virusov, ki so razvrščeni glede na predmete poškodb, oblike in drugih znakov, najpogostejši pa je razvrstitev glede na značilnosti kemične sestave in strukture virusov.

V nasprotju s celičnimi organizmi, virusi sestavljajo samo organske snovi - predvsem nukleinske kisline in beljakovine, nekateri virusi pa vsebujejo tudi lipide in ogljikove hidrate.

Vsi virusi so običajno razdeljeni na preproste in zapletene. Preprosti virusi so sestavljeni iz nukleinske kisline in beljakovinske lupine - kapsida. Kapsid ni monoliten, sestavljen je iz beljakovinskih podenot - kapsomerov. V zapletenih virusih je kapsid obložen z lipoproteinsko membrano - supersakapsid, ki vsebuje tudi glikoproteine in nestrukturne encimske proteine. Najbolj zapletena struktura so bakterijski virusi - bakteriofagi (od grške, bakterije - paličice in fagosa), ki imajo glavo in proces ali "rep". Glava bakteriofage je tvorjena s proteinski kapsidom in nukleinsko kislino, ki je v njej zaprta. V repu je vrečka iz beljakovin in votlo palico, ki je v njej skrita. V spodnjem delu palice je posebna plošča s konicami in nitmi, odgovornimi za interakcijo bakteriofaga z celično površino.

Za razliko od celičnih življenjskih oblik, ki imajo tako DNA kot RNK, je v virusih (bodisi DNA ali RNA) prisotna samo ena vrsta nukleinske kisline, zato so razdeljeni na DNA-virusne vrste črnih koz, herpes simpleksa, adenovirusov, nekaterih hepatitisnih virusov in bakteriofagi) in virusi, ki vsebujejo RNA (virusi mozaika tobaka, virus HIV, encefalitis, ošpice, rdečke, stekline, gripa, drugi hepatitisni virusi, bakteriofagi itd.). V nekaterih virusih lahko DNA predstavlja enojno vijačeno molekulo, RNA pa z dvojno vijačnico.

Ker virusi nimajo organov gibanja, se infekcija pojavi z neposrednim stikom z virusom v celico. To se zgodi predvsem z kapljicami v zraku (gripa), s prebavnim sistemom (hepatitisom), krvjo (HIV) ali transporterjem (virusom encefalitisa).

Neposredno v celico lahko virusi pridejo po naključju, s tekočino, ki jo absorbira pinocitoza, vendar pogosteje pred stikom s celično membrano gostiteljske celice, kar povzroči virusno nukleinsko kislino ali celoten virusni delec v citoplazmi. Večina virusi ne morejo prodreti nobene gostiteljske celice, in dobro definiran, npr hepatitis virusi vplivajo jetrnih celic in virusov gripe - sluznice celice zgornjega respiratornega trakta, saj so sposoben interakcije s posebnimi proteinskih receptorjev na površini membrane kletki gostitelja, ki je odsoten v drugih celicah.

Ker imajo rastline, bakterije in gljivične celice močne celične stene, virusi, ki okužijo te organizme, so oblikovali ustrezne prilagoditve penetraciji. Torej, bakteriofagi po interakciji s površino gostiteljske celice "prebodajo" s svojim jedrom in injicirajo nukleinsko kislino v citoplazmo gostiteljske celice (slika 3.2). V glivah se okužba pojavi predvsem v primeru poškodbe celičnih sten, v rastlinah pa je mogoče omeniti tudi pot, ki je bila izvedena, pa tudi prodiranje virusa skozi plazmodalni mash.

Po penetraciji v celico pride do "odstranjevanja" virusa, to je izgube kapsida. Nadaljnji dogodki so odvisni od narave virusa nukleinske kisline: virusi, ki vsebujejo DNA, vstavijo svojo DNA v genom gostiteljske celice (bakteriofagi) in DNA najprej sintetizira na RNK, ki se nato vnese v genom gostiteljske celice (HIV) ali pa neposredno Pojavi se sinteza beljakovin (virus gripe). Reprodukcija nukleinske kisline virusa in sinteza kapsidnih proteinov z aparatom za sintezo proteinov v celici so bistveni elementi virusne okužbe, po kateri se odvija samo-sestavljanje virusnih delcev in zapustijo celico. Virusnih delcev v nekaterih primerih, zapusti celico postopoma nadobudnega iz njega, medtem ko je v drugih primerih pa je mikro eksplozije spremlja celične smrti.

Virusi ne zavirajo samo sinteze lastnih makromolekul v celici, temveč lahko tudi poškodujejo celične strukture, zlasti med masnim izstopom iz celice. To ima za posledico, na primer, veliko število izgubljenih industrijske mlečnokislinskih bakterij kislinske kultur v primeru poraz nekateri bakteriofagi, motenj imunostjo zaradi uničenja limfocitov HIV T4, ki so eden od osrednjih delov obrambni mehanizem telesa, številne krvavitve in izgubo življenja, ki je posledica okužbe z Ebola, ki so preoblikovanje celic in nastanek raka itd.

Kljub temu, da virusi, ki so prodrli v celico, pogosto hitro zavirajo svoje sisteme popravil in povzročijo smrt, je verjetno tudi drugačen scenarij - aktivacija obrambe telesa, povezana s sintezo protivirusnih proteinov, kot sta interferon in imunoglobulini. V tem primeru se reprodukcija virusa prekine, novi virusni delci se ne tvorijo, ostanki virusa pa se odstranijo iz celice.

Virusi povzročajo številne bolezni pri ljudeh, živalih in rastlinah. V rastlinah je to mozaik tobaka in tulipanov, pri ljudeh - gripe, rdečkam, ošpicam, aidsu itd. V zgodovini človeštva so virusi črnih koz, "Španci" in zdaj virus HIV ubitih več sto milijonov ljudi. Vendar lahko okužba poveča tudi odpornost telesa na različne patogene (imuniteta) in tako prispeva k njihovemu evolucijskemu napredku. Poleg tega virusi lahko "zgrabijo" dele genetskih informacij gostiteljske celice in jih prenesejo na naslednjo žrtev, s čimer zagotavljajo tako imenovani horizontalni prenos genov, nastanek mutacij in, končno, dobavo materiala za evolucijski proces.

Danes se virusi široko uporabljajo pri proučevanju strukture in funkcij genetskega aparata ter na načelih in mehanizmih za izvajanje dednih informacij, uporabljajo se kot orodje za gensko inženirstvo in biološki nadzor patogenov nekaterih bolezni rastlin, gliv, živali in ljudi.

Aidsa in HIV bolezni

HIV (virus humane imunske pomanjkljivosti) je bil odkrit šele v zgodnjih 80. letih 20. stoletja, vendar pa je zaradi hitrosti širjenja bolezni, ki jo povzroča, in nezmožnosti zdravljenja na tej stopnji razvoja medicine potrebna večja pozornost. Leta 2008 sta F. Barre-Sinussi in L. Montagnier prejela Nobelovo nagrado za fiziologijo in medicino za raziskovanje virusa HIV.

HIV je kompleksen virus, ki vsebuje RNA, ki v glavnem prizadene limfocite T4, ki usklajujejo delo celotnega imunskega sistema (slika 3.3). RNA virusa sintetizira encimska RNA-odvisna DNA polimeraza (reverzna transkriptaza), ki se vstavi v genom gostiteljske celice, preoblikuje v provirus in "skrita" za nedoločen čas. Nato se od tega segmenta DNA začne branje informacij o virusni RNA in beljakovinah, ki se zbirajo v virusne delce in skoraj istočasno zapustijo, obsojajo na smrt. Virusni delci okužijo vse nove celice in povzročijo zmanjšanje imunosti.

Okužba s HIV ima več stopenj, z dolgoletnim obdobjem je lahko oseba nosilka bolezni in okuži druge ljudi, vendar ne glede na to, kako dolgo traja to obdobje, se še vedno pojavlja zadnja stopnja, ki se imenuje sindrom pridobljene imunske pomanjkljivosti ali AIDS.

Za bolezen je značilno zmanjšanje in nato popolna izguba imunitete telesa vsem patogenom. Simptomi aidsa so kronične lezije sluznice ust in kože, patogeni virusnih in glivičnih bolezni (herpes, kvas, itd.), Hude pljučnice in druge bolezni, povezane z AIDS-om.

HIV se prenaša spolno s krvjo in drugimi telesnimi tekočinami, vendar se ne prenaša s pomočjo rokovanja in vsakdanjih predmetov. Za prvič v naši državi, je bila okužba z virusom HIV, povezano z bolj nečitljivo ^ spolno občevanje, predvsem homoseksualne, uživanja drog z vbrizgavanjem, transfuzije okužene krvi, v tem času, je epidemija preselil izven skupine z visokim tveganjem in se hitro razširil na druge kategorije prebivalstva.

Glavna sredstva za preprečevanje širjenja okužbe z virusom HIV so uporaba kondoma, diskriminacije pri spolu in neuporabe drog.

Ukrepi za preprečevanje širjenja virusnih bolezni

Začetni načini preprečevanju virusnih bolezni pri človeku nosi gazo povoj v stiku z bolniki pljučne bolezni, z pranje sadja in zelenjave, jedkanja habitata vektorji virusnih bolezni, cepljenje proti klopnemu meningitisu, sterilizacije medicinskih instrumentov v bolnišnicah in drugih. Da bi se izognili okužbi HIV naj bi tudi prenehal uporabljati alkohol, droge, imeti enega samega spolnega partnerja, uporabljati osebno zaščitno opremo za spolnost stiki itd.

Viroidi

Viroidi (od latinskega virusa - strup in grščina. Eidos - oblika, vrsta) - to so najmanjši patogeni rastlinskih bolezni, ki vključujejo samo nizko molekularno RNA.

Njihova nukleinska kislina verjetno ne kodira lastnih beljakovin, ampak se reproducira le v celicah gostiteljske rastline z uporabo svojih encimskih sistemov. Pogosto lahko DNK gostiteljske celice tudi razreže na več kosov, s čimer se celica in rastlina v celoti poškodujejo do smrti. Torej, pred nekaj leti so viroidi na Filipinih ubili milijone kokosovih dlani.

Prions

Prioni (skrajšani: Proteinaceous infections and -on) so majhni povzročitelji proteinske narave, ki imajo obliko žarilne nitke ali kristalov.

Enaka sestava beljakovin je v normalni celici, vendar imajo prioni posebno terciarno strukturo. Ko vstopijo v telo s hrano, pomagajo ustreznim "običajnim" beljakovinam, da pridobijo strukturo, ki ustreza samim prionom, kar vodi do kopičenja "nenormalnih" beljakovin in pomanjkanja normalne beljakovine. Seveda to povzroča disfunkcijo tkiv in organov, zlasti centralnega živčnega sistema, ter razvoj trenutno neozdravljivih bolezni: bolezen norih krav, bolezen Creutzfeldt-Jacob, kuru itd.

Reprodukcija organizmov, njen pomen

Sposobnost organizmov za razmnoževanje svoje vrste je ena temeljnih lastnosti živega. Kljub dejstvu, da je celotno življenje nepretrgano, je pričakovana življenjska doba posameznika končna, tako da prenos dednih informacij iz ene generacije v drugo, ko se razmnožujejo, zagotavlja daljšo preživetje te vrste organizma v daljšem časovnem obdobju. Tako reprodukcija zagotavlja kontinuiteto in kontinuiteto življenja.

Obvezen pogoj za razmnoževanje je pridobiti več potomcev kot starševski posamezniki, saj vsi potomci ne bodo mogli živeti do tistega obdobja razvoja, na katerem bodo lahko rodili, saj jih lahko uničijo plenilci, umrejo zaradi bolezni in naravnih nesreč, kot so požari, poplave itd.

Metode razmnoževanja, podobnosti in razlike med spolnim in neseksualnim razmnoževanjem

V naravi obstajajo dve glavni načini razmnoževanja - neseksualni in spolni.

Aseksualno razmnoževanje je način razmnoževanja, v katerem se ne pojavlja niti oblikovanje niti združitev specializiranih zarodnih celic - gamete - in v njej sodeluje le en matični organizem. Osnova aseksualne reprodukcije je mitotska celična delitev.

Odvisno od tega, koliko celic materinskega organizma povzroča novega posameznika, je nespečnost razmnoževanja razdeljena na nessežno in vegetativno. Pri nesporni reprodukciji se hčerka posameznik razvije iz ene celice materinskega organizma in z vegetativnim, iz skupine celic ali celotnega organa.

V naravi obstajajo štiri glavne vrste neprosojne reprodukcije: binarno deljenje, večkratna delitev, sporulacija in preprosto puščanje.

Binarni cepitev v bistvu preprost mitotićni delitev matična enocelični organizem, v katerem je prvič razdeljen jedro, nato pa citoplazmo. Značilen je za različne predstavnike rastlinskih in živalskih kraljestev, kot so ameba proteusa in ciliati čevlja.

Multipla division ali schizogony tudi razporejen ponovi delitev jedra, citoplazmo in nato deli z ustreznim številom fragmentov. Ta vrsta aseksualne razmnoževanja se pojavlja pri enoceličnih živalih - sporozoans, na primer v plazmodium malarije.

Mnoge rastline in glive v življenjskem ciklu tvorbe spor - specializirano enocelična subjekte, ki vsebujejo oskrbo s hranili in prekrita z gosto zaščitno oblogo. Spore se širijo z vetrom in vodo, pod ugodnimi pogoji pa kalijo, kar povzroči nastanek novega večceličnega organizma.

Tipičen primer potapljanja kot nekakšne aseksualne reprodukcije je kvasovkanje kvasa, v katerem se na površini matične celice pojavi majhen izrastek, po katerem se premakne eno jedro, po katerem se odstrani nova majhna celica. S tem se ohranja zmožnost matične celice, da se še naprej razdeli, število posameznikov pa se hitro povečuje.

Vegetativno reprodukcijo lahko obliko brstenja, fragmentacije, poli-embryony sod. V brstenja v Hydra telo stensko izboklino tvorjen ki se postopoma povečuje v velikosti, na sprednjih zlomi končnih skozi odprtino ustja obdani z lovke. Konča se s tvorbo majhne hidre, ki se nato ločuje od materinega organizma. Odlikovanje je tudi značilno za številne koralske polipe in annelids.

Fragmentacijo spremlja delitev telesa na dva ali več delov, od vsake pa razvijejo polnopravne posameznike (meduze, anemoni, ploske in plavuti, iglokožci).

S polimbrionijo nastane zarodek, vključno z rezultatom oploditve, razdeljen na več embrijev. Ta pojav se pojavlja redno v armadillosu, lahko pa se pojavi tudi pri ljudeh v primeru identičnih dvojčkov.

Najbolj razvite zmogljivosti za vegetativno razmnoževanje v rastlinah, v katerih lahko začetek novega organizma proizvede gomolje, čebulice, korenike, koreninske poganjke, omake in celo mladiče.

Za aseksualno razmnoževanje je potreben samo en starš, ki prihrani čas in energijo, potrebno za iskanje spolnega partnerja. Poleg tega se lahko pojavijo novi posamezniki iz vsakega fragmenta materinega organizma, ki je tudi ekonomija snovi in energije, porabljene za razmnoževanje. Hitrost aseksualnega razmnoževanja je prav tako precej visoka, na primer, bakterije se lahko razdelijo vsakih 20-30 minut, hitro povečujejo njihovo število. S to metodo razmnoževanja se oblikujejo genetsko identični potomci - kloni, ki se lahko štejejo za prednost, pod pogojem, da so okoljski pogoji konstantni.

Ker pa je edini vir genetske variabilnosti naključne mutacije, skoraj popolna odsotnost variabilnosti med potomci zmanjša njihovo prilagodljivost za nove okoljske razmere med poravnavo in posledično umrejo v precej večjih količinah kot pri spolnem razmnoževanju.

Spolna reprodukcija - način razmnoževanja, v katerem nastajanje in združevanje zarodnih celic ali gametov poteka v eno celico, zigoto, iz katere se razvija nov organizem.

Če so se med spolnim razmnoževanjem združile somatske celice z diploidnim kompletom kromosomov (pri ljudeh 2n = 46), že v drugi generaciji bi tetraploidni set vsebovali celice novega organizma (pri ljudeh 4n = 92), v tretjem - oktaploidu ipd. .

Vendar pa je velikost evkariontskih celic niso neomejeni, se morajo razlikovati med 10-100 mikronov, kot v manjši kletki, da ne vsebuje celoten sklop so potrebni za njeno delovanje in strukture snovi, in v velikih velikostih bo kršila še zagotavljajo celic s kisikom, ogljikovim dioksidom, vode in drugih potrebnih snovi. Zato velikost jedra, v kateri so kromosomi, ne more presegati 1 / 5-1 / 10 volumna celice, in če so ti pogoji kršeni, celica ne more več obstajati. Tako je treba spolno razmnoževanje zahtevati predhodno zmanjšanje števila kromosomov, ki se bodo med oplodjem obnovili, kar je zagotovljeno s postopkom razgradnje mejicnih celic.

Tudi zmanjšanje števila kromosomov je treba strogo odrediti in enakovredno, saj če novi organizem nima popolnih pari kromosomov s skupno normalno količino, potem ne bo sposoben preživeti ali pa bo spremljalo razvoj resnih bolezni.

Tako mejoza povzroči zmanjšanje števila kromosomov, ki se ob oploditvi obnavljajo in ohranjajo splošno konstantnost kariotipa.

Posebne oblike spolne reprodukcije so partenogeneza in konjugacija. Med partenogenezo ali deviškim razvojem se razvije nov organizem iz neobdelanega jajčeca, na primer pri daphniji, čebelah in nekaterih ustih. Včasih se ta proces spodbuja z vnosom sperme iz druge vrste.

Postopek konjugacija, ki je označen s tem, na primer, migetalkarji, posamezni delci izmenjala genetsko informacijo, in nato razmnožujejo nespolno. Strictly speaking, konjugacija je spolni proces, ne pa primer spolne reprodukcije.

Obstoj spolne reprodukcije zahteva proizvodnjo vsaj dveh vrst zarodnih celic: moških in žensk. Pokličejo se živalski organizmi, v katerih nastajajo moške in ženske zarodne celice različnih ljudi dvojno, ker lahko tisti, ki lahko proizvajajo obe vrsti gamet - hermafrodit. Hermaphroditizem je značilen za številne ploske in anglidide, polževe.

Rastline, v katerih se na različnih posameznikih nahajajo moški in ženski cvetovi ali drugi, za razliko od genitalij dvojno, in hkrati oboje vrste cvetov - monoecious.

Spolno razmnoževanje omogoča nastanek genetskih potomcev raznolikosti, ki temelji na mejoze in rekombinacije starševskih genov pri oploditvi. Najuspešnejše kombinacije genov zagotavljajo najboljšo prilagoditev potomcev habitatu, njihovemu preživetju in večji verjetnosti prenosa dednih informacij na prihodnje generacije. Ta proces vodi k spremembi lastnosti in lastnosti organizmov in, končno, k nastanku novih vrst v procesu evolucijske naravne selekcije.

Hkrati se materi in energiji med spolnim razmnoževanjem neučinkovito uporabljajo, saj morajo organizmi pogosto proizvesti milijone gamet, le nekateri med njimi se uporabljajo med oploditvijo. Poleg tega je treba porabiti energijo in zagotoviti druge pogoje. Na primer, rastline tvorijo cvetje in proizvajajo nektarja, da bi pritegnile živali, ki pelod delujejo na ženske dele drugih cvetov, živali pa porabijo veliko časa in energije pri iskanju zakonskih partnerjev in upokojencev. Potem morate porabiti veliko energije pri skrbi za potomce, ker so med spolnim razmnoževanjem potomci na začetku pogosto tako majhni, da mnogi med njimi umirajo pred plenilci, stradajo ali preprosto zaradi neugodnih razmer. Posledično so pri aseksualnem razmnoževanju stroški energije precej manjši. Kljub temu ima spolna reprodukcija vsaj eno neprecenljivo prednost - genetsko spremenljivost potomcev.

Aseksualno in spolno razmnoževanje se pogosto uporablja v kmetijstvu, okrasnem živinoreji, rastlinski pridelavi in drugih območjih za vzrejo novih sort rastlin in živalskih pasem, ohranja ekonomsko dragocene lastnosti in hitro rast števila posameznikov.

Kadar aseksualno razmnoževanje rastlin, skupaj s tradicionalnimi metodami - rezanjem, cepljenjem in razmnoževanjem z nanosom, sodobne metode, povezane z uporabo tkivne kulture, postopno zasedajo vodilni položaj. Hkrati se nove rastline pridobivajo iz majhnih fragmentov matične rastline (celice ali kosi tkiva), ki se gojijo na hranilnem mediju, ki vsebuje vse hranilne snovi in hormone, ki jih potrebuje rastlina. Te metode omogočajo ne samo hitro širjenje rastlinskih sort z dragocenimi lastnostmi, na primer krompir, ki je odporen na virus zvijanje listov, temveč tudi za pridobivanje organizmov, ki niso okuženi z virusi in drugimi patogeni rastlinskih bolezni. Tkivna kultura je osnova za proizvodnjo tako imenovanih transgenih ali gensko spremenjenih organizmov kot tudi hibridizacije rastlinskih somatskih celic, ki jih ni mogoče preseči na noben drug način.

Prehodi rastlin različnih sort omogočajo pridobivanje organizmov z novimi kombinacijami ekonomsko dragocenih lastnosti. Za to se uporabljajo opraševalne rastline z isto ali drugo vrsto ali celo rodu. Ta pojav se imenuje oddaljena hibridizacija.

Ker višje živali nimajo sposobnosti za aseksualno naravno reprodukcijo, je glavni način njihovega razmnoževanja spolnega. V ta namen se uporablja prehod posameznikov ene vrste (pasma) in interspecifična hibridizacija, pridobljeni pa so tudi ti znani hibridi kot mula in mula, odvisno od vrste, ki je bila vzeta kot osla in konj. Vendar pa so medvretenčni hibridi pogosto sterilni, kar pomeni, da ne morejo proizvesti potomcev, zato jih je treba vedno znova vzrejo.

Umetna parthenogeneza se uporablja tudi za vzrejo domačih živali. Izpostavljeni ruski genetik B. L. Astaurov je z zvišanjem temperature povzročil večji donos žensk iz sviloprejk, ki tkane kaokone iz tanjše in dragocene niti kot moški.

Kloniranje se lahko šteje za neseksualno razmnoževanje, saj uporablja jedro somatske celice, ki se v oplojeno jajčno celico vnese z mrtvim jedrom. Organ v razvoju mora biti kopija ali klon že obstoječega organizma.

Gnojenje v cvetočih rastlinah in vretenčarjih

Gnojenje - To je proces združevanja moških in ženskih zarodnih celic z nastankom zigotov.

V procesu oploditve pride do prvega prepoznavanja in fizičnega stika moških in ženskih gamet, nato fuzije njihove citoplazme in le na zadnji stopnji integracije dednega materiala. Oploditev vam omogoča, da obnovite diploidni niz kromosomov, zmanjšan v procesu nastajanja zarodnih celic.

Najpogosteje v naravi gnojijo moške spolne celice drugega organizma, v več primerih pa je tudi možno prodiranje lastnih spermijev - samo-gnojenje. Z evolucijskega vidika je samo-oploditev manj koristna, saj je v tem primeru verjetnost nastanka novih kombinacij genov minimalna. Zato tudi pri večini hermaphroditnih organizmov pride do navzkrižnega oploditve. Ta proces je neločljivo povezan z rastlinami in živalmi, vendar imajo v njej zgoraj omenjene organizme številne razlike.

Torej, v cvetoče rastline, gnojenje pred opraševanje - prenos cvetnega prahu z moškimi spolnimi celicami - spermo - na stigmo piščanca. Tam raste in tvori cev peloda z dvema sperma, ki se gibljejo vzdolž nje. Ko se doseže zarodek, se ena spermija združi z jajčnimi celicami, da tvorijo zigote, druga pa s centralno celico (2n), kar povzroči naknadno shranjevanje sekundarnega endospermskega tkiva. Ta metoda oploditve je prejel ime dvojno gnojenje (Slika 3.4).

Pri živalih, zlasti vretenčarjih, pred oploditvijo sledi konvergenca gamet ali oploditev. Uspeh oploditve olajša sinhronizacija izločanja moških in ženskih zarodnih celic ter sproščanje jajčnih celic določenih kemičnih snovi, da se olajša orientacija spermijev v vesolje.

Pri razmnoževanju gojenih rastlin in domačih živali so človeška prizadevanja usmerjena predvsem v ohranjanje in razmnoževanje gospodarsko dragocenih lastnosti, medtem ko je odpornost teh organizmov na okoljske pogoje in sposobnost preživetja na splošno manjša. Poleg tega sta sojina in mnoge druge gojene rastline samoprašna, zato je človeško posredovanje potrebno za pridobivanje novih sort. Težave se lahko pojavijo tudi pri samem procesu gnojenja, ker imajo lahko nekatere rastline in živali geni sterilnosti.

V rastlinah za vzrejo, umetno opraševanje za katere se stebelji odstranijo iz cvetja, nato pa se na stigme pestov nanese cvetni prah iz drugih cvetov in oprašeni cvetovi prekrijejo izolacijske kape, da se izognejo opraševanju drugih rastlin. V nekaterih primerih se izvede umetno opraševanje, da se poveča donos, ker se seme in plodovi ne razvijejo iz jajčnikov nepoliniranih cvetov. Ta tehnika se je prej izvajala pri sončnicah.

Pri oddaljenih hibridizacijah, še posebej, če se rastline razlikujejo po številu kromosomov, naravno gnojenje postane bodisi popolnoma nemogoče bodisi že v prvi celični delitvi, pride do kršitve kromosomskih nesoglasij in telo umre. V tem primeru gnojenje poteka v umetnih pogojih, na začetku celične delitve pa celico obdelamo s kolhicinom, snovjo, ki uniči vreteno deljenja, kromosomi razpršijo okoli celice, nato pa se oblikuje novo jedro s podvojenim številom kromosomov, pri čemer se v naslednjih razdelitvah takih težav ne pojavlja. Tako je bil ustvarjen redek hibrid kupusa G. D. Karpechenko in triticale, visoko donosnega hibrida pšenice in rži.

Glavne vrste kmetijskih živali imajo še več ovir za oploditev kot rastline, zaradi česar ljudje prisilijo k drastičnim ukrepom. Umetno osemenjevanje se večinoma uporablja pri vzreji dragocenih pasem, ko je potrebno čim več potomcev enega proizvajalca. V teh primerih se semenska tekočina zbere, pomeša z vodo, doda v ampule in nato po potrebi vbrizga v ženski reproduktivni trakt. Na ribogojnicah z umetno osemenjevanjem v ribah se sperma samcev, pridobljenih iz mleka, zmeša s kaviarjem v posebnih posodah. Juvenile, ki se gojijo v posebnih kletkah, nato spustijo v naravne rezervoarje in vrača prebivalstvo, na primer jesetra v Kaspijskem morju in Donu.

Tako umetno oploditev služi človeku, da pridobi nove, zelo produktivne sorte rastlin in živalskih pasem ter poveča njihovo produktivnost in povrne naravne populacije.

Zunanje in notranje gnojenje

Pri živalih obstaja zunanja in notranja gnojenje. S zunanje gnojenjese pojavijo ženske in moški klicne celice, kjer poteka proces njihove fuzije, kot npr. v obkroženih črvih, školjkah, brez kosti, večini rib in številnih dvoživk. Kljub dejstvu, da ne zahteva konvergence posameznih plemenskih živali, je pri mobilnih živalih mogoča le njihova konvergenca, pa tudi kopičenje, kot pri drstenju rib.

Notranje gnojenje povezana z uvajanjem moških spolnih izdelkov v ženski genitalni trakt in že iztegnjeno jajčevo jajce. Pogosto ima gosto membrano, ki preprečuje njeno poškodbo in penetracijo naslednje sperme. Notranje gnojenje je značilno za veliko večino kopenskih živali, na primer ploskih in okroglih črvov, številnih členonožcev in polžev, plazilcev, ptic in sesalcev ter številnih dvoživk. Najdemo tudi pri nekaterih vodnih živalih, vključno z glavonožci in mokrenimi ribami.

Obstaja tudi vmesna vrsta oploditve - zunanje-notranje, v kateri ženska zajame genitalne izdelke, ki jih moški posebej obdaja na kateremkoli substratu, kot se to dogaja v nekaterih členonožcih in hlapnih dvoživkih. Zunanje in notranje gnojenje se lahko šteje za prehodno od zunaj do notranjega.

Tako zunanje kot notranje gnojenje imajo svoje prednosti in slabosti. Tako se med zunanjim gnojenjem sproščajo v živce ali v zrak, zaradi česar velika večina umre. Vendar pa ta vrsta oploditve zagotavlja obstoj spolne reprodukcije v tako pritrjenih in počasi selivih živalih kot školjke in nenadne. V primeru notranje oploditve je izguba gamet zagotovo precej manjša, vendar pa se snov in energija porabita za iskanje partnerja, rojeni potomci pa so pogosto premajhni in šibki ter zahtevajo dolgotrajno nego staršev.

Ontogeneza in njeni notranji zakoni

Ontogeni (iz grške ontos - biti in geneza - pojav, izvor) je proces individualnega razvoja organizma od rojstva do smrti. Ta izraz je leta 1866 uvedel nemški znanstvenik E. Haeckel (1834-1919).

Pojav zygote kot posledica oploditve jajčeca s semenčico se šteje za rojstvo organizma, čeprav v času partenogeneza kot taka ni nastala nobena zigota. V procesu ontogeneze se pojavlja rast, diferenciacija in integracija delov razvijajočega organizma. Diferenciacija (iz lat. diferencial - razlika) je proces pojavljanja razlik med homogenimi tkivi in organi, njihovimi spremembami v razvoju posameznikov, kar vodi do oblikovanja specializiranih tkiv in organov.

Predmeti ontogeneze so predmet študija embryology (iz grške zarodek - zarodki in logotip - beseda, znanost). Pomemben prispevek k njegovemu razvoju so izvedli ruski znanstveniki K. Baer (1792-1876), ki so odkrili jajčne celice sesalcev in položili embrionalne dokaze za klasifikacijo vretenčarjev A. O. Kovalevsky (1849-1901) in I. I. Mechnikov (1845-1916 ) - ustanoviteljev teorije zarodnih linij in primerjalne embriologije, kot tudi A.N. Severtsov (1866-1936), ki je napredoval v teoriji o nastanku novih znakov na kateri koli stopnji ontogeneze.

Posamezni razvoj je značilen le za večcelične organizme, saj se pri enolični rasti in razvoju končuje na ravni enojne celice in diferenciacija je popolnoma odsotna. Pot ontogeneze določajo genetski programi, ki so utrjeni v procesu evolucije, to je ontogeneza kratek ponovitev zgodovinskega razvoja določene vrste ali filogeneze.

Kljub neizogibnemu preklapljanju posameznih skupin genov med posameznim razvojem se vse spremembe v telesu pojavljajo postopoma in ne kršijo njene integritete, vendar pa dogodki vsake prejšnje stopnje pomembno vplivajo na pot nadaljnjih stopenj razvoja. Tako lahko kakršne koli motnje v razvojnem procesu povzročijo prekinitev procesa ontogeneze na katerikoli stopnji, kot je to pogosto v primeru zarodkov (tako imenovane splavarje).

Tako je enotnost prostora in časa delovanja značilna za proces ontogeneze, saj je neločljivo povezana s telesom posameznika in nadaljuje enosmerno.

Fetalni in postembryonski razvoj organizmov

Obdobja ontogenosti

Obstaja več obdobij ontogeneze, vendar najpogosteje v ontogeni živali, fetalne in postembryonske periode.

Embrionalni čas Začne se z nastankom zygote v procesu gnojenja in konča z rojstvom organizma ali njegovim sproščanjem iz žil (jajčnih) membran.

Postembrionsko obdobje se nadaljuje od rojstva do smrti organizma. Včasih loči in proembryonsko obdobje ali progeneza ki vključujejo gametogenezo in gnojenje.

Embrionalni razvoj, ali embriogenezo, pri živalih in ljudeh delimo na več stopenj: drobljenje, gastrulacija, histogeneza in organogeneza, in tudi obdobje diferenciranega zarodka.

Drobljenje - to je proces mitotične delitve zigotov v manjše in manjše celice - blastomera (slika 3.5). Najprej se oblikujejo dve celici, nato štiri, osem itd. Zmanjšanje velikosti celic je predvsem posledica dejstva, da v interferenci celičnega ciklusa v različnih obdobjih ni več Gj-obdobja, v katerem bi se morala povečati velikost hčerinskih celic. Ta proces je podoben delitvi ledu, vendar ni kaotičen, temveč je strogo naročen. Na primer, pri ljudeh je ta razdrobljenost dvostransko, to je dvostransko simetrično. Zaradi drobljenja in kasnejših razlik v celicah blastula - enoslojni večcelični kalčki, ki je votla kroglica, katere stene so oblikovane z blastomernimi celicami, notranja votlina pa je napolnjena s tekočino in se imenuje blastokol.

Gastrulacija pokličite proces tvorbe dvo ali troslojnih kalčkov - gastrula(iz grške Gaster - želodec), ki se pojavi takoj po nastanku blastule. Gastrulacijo izvajamo s premikanjem celic in njihovih skupin med seboj, na primer s pritiskom na eno od sten blastule. Poleg dveh ali treh slojev celic ima gastrula tudi primarno usta - blastopore

Pozivajo se celične plasti gastrul germinalni listi. Obstajajo trije kletki: ektoderm, mezoderm in endoderm. Ektoderm (iz grške ectos - zunaj, zunaj in derma - koža) je zunanji plast zarodkov, mesoderm (iz grške mezos srednja, vmesna) - srednja in endoderm (iz grške enthos - znotraj) - notranji.

Kljub dejstvu, da vse celice razvijajočega organizma izvirajo iz ene celice - zygotes - in vsebujejo enako skupino genov, to je njihovi kloni, ker so nastali kot posledica mitotične delitve, proces gastrulacije spremlja celična diferenciacija. Diferenciacija je posledica preklapljanja skupin genov v različnih delih embrija in sinteze novih proteinov, ki v prihodnosti določajo specifične funkcije celice in pustijo vtis na njegovo strukturo.

O specializaciji celic zapusti odtis in sosesko drugih celic, pa tudi hormonov. Na primer, če se fragment, iz katerega se razvije akord iz ene zarodka žabe, preseli v drugo, bo to povzročilo nastanek zatiča živčnega sistema na napačnem mestu in začel se bo ustvarjati dvojni zarodek. Ta pojav se imenuje embrionalna indukcija.

Histogeneza ki se imenuje proces nastanka zrelih tkiv, ki so neločljivo povezani z odraslim organizmom, in organogeneza - proces oblikovanja organov.

V procesu histogeneze in organogeneze nastane epitel kože in njenih derivatov (las, nohtov, krempljev, perja), epitelija ustne votline in zobne sklenine, rektuma, živčnega sistema, čutnih organov, škrge itd. Iz ektoderm. z njim so žleze (jetra in trebušna slinavka), pa tudi pljuča. In mezoderm povzroča vse vrste vezivnega tkiva, vključno s kostmi in hrustančnimi tkivi okostja, mišičnega tkiva skeletnih mišic, cirkulacijskega sistema, številnih endokrinih žlez itd.

Polaganje nevronske cevi na hrbtni strani zarodka hordata simbolizira začetek druge vmesne stopnje razvoja - nevrli (novolat. Neyrula, zmanjšati, iz grške. nevron - živec). Ta proces spremlja tudi polaganje kompleksa aksialnih organov, kot je notochord.

Po pretoku organogeneze se začne obdobje diferencirane klice ki ga zaznamuje nadaljevanje specializacije celic telesa in hitro rast.

Pri mnogih živalih se pojavijo embrionalne membrane in drugi začasni organi v procesu embrionalnega razvoja, ki pri kasnejšem razvoju niso uporabni, npr. Placenta, popkovina itd.

Po njihovi reproduktivni sposobnosti je postembryonski razvoj živali razdeljen na pred reproduktivno (mladostno), reproduktivno in post-reproduktivno obdobje.

Mladoletno obdobje se nadaljuje od rojstva do pubertete, zaznamuje pa intenzivna rast in razvoj telesa.

Rast organizma nastane zaradi povečanja števila celic zaradi delitve in povečanja njihove velikosti. Obstajata dve glavni vrsti rasti: omejena in neomejena. Limited ali zaprta višina se pojavlja le v določenih življenjskih obdobjih, predvsem pred puberteto. Za večino živali je značilna. Na primer, oseba raste večinoma do 13-15 let, čeprav se končna sestava telesa traja do 25 let. Neomejeno ali odprta rast se nadaljuje skozi celotno življenje posameznika, kot pri rastlinah in nekaterih ribah. Obstaja tudi občasna in neperiodična rast.

Rastne procese nadzira endokrinski ali hormonski sistem: pri ljudeh povečanje linearnih dimenzij telesa spodbuja sproščanje somatotropnega hormona, medtem ko gonadotropni hormoni v veliki meri zatirajo. Podobni mehanizmi so odkriti pri insektih, v katerih je poseben juvenilni hormon in molni hormon.

V cvetočih rastlinah se embrionalni razvoj nadaljuje po dvojni oploditvi, v katerem ena spermija gnojijo jajčne celice, druga pa osrednja celica. Od zygote se oblikuje zarodek, ki je podvržen nizu delitev. Po prvi razdelitvi je sam porodu sestavljen iz ene same celice, od drugega pa iz obeh, pri čemer se hranili hranijo v zarodku. Centralna celica povzroči triploidni endosperm, ki vsebuje hranila za razvoj zarodka (slika 3.7).

Embrionalni in postembryonski razvoj semenskih rastlin so pogosto ločeni v času, saj zahtevajo določene pogoje za kalitev. Postmobilno obdobje v rastlinah je razdeljeno na vegetativno, generativno obdobje in staranje. V vegetativnem obdobju je povečana rastlinska biomasa, v generativnem pa pridobivajo sposobnost spolnega razmnoževanja (v semenskih rastlinah za cvetenje in pridelavo), medtem ko se v času staranja izgubi sposobnost razmnoževanja.

Življenjski cikli in izmenjava generacij

Novo oblikovani organizmi ne pridobijo neposredno sposobnosti za razmnoževanje svoje vrste.

Življenjski cikel - niz razvojnih stopenj, ki segajo od zigotov, po prehodu skozi katere telo doseže zrelost in pridobi sposobnost razmnoževanja.

V življenjskem ciklu se razvojne stopnje spreminjajo z haploidnimi in diploidnimi kompleti kromosomov, medtem ko višje rastline in živali prevladujejo diploidni set, spodnji pa obratno.

Življenjski cikli so lahko preprosti in zapleteni. V nasprotju s preprostim življenjskim ciklusom se pri kompleksni spolni reprodukciji zamenja s parthenogeneticom in neseksualnim. Na primer, daphnia raki, ki dajejo polsekseksualnim generacijam, se jeseni reproducirajo spolno. Še posebej zapleteni življenjski cikli nekaterih gliv. Pri številnih živalih se redno pojavlja izmenjava spolnih in nessečnih generacij in se imenuje ta življenjski cikel pravilno. Značilna je, na primer, številne meduz.

Trajanje življenjskega cikla določi število generacij, ki se razvijajo med letom, ali število let, v katerih se organizem razvija. Na primer, rastline so razdeljene na letne in trajnice.

Poznavanje življenjskih ciklov je potrebno za genetsko analizo, saj se v haploidnih in diploidnih državah učinek genov razkriva na različne načine: v prvem primeru obstajajo velike možnosti za pojav vseh genov, medtem ko v drugem ne zaznajo nekateri geni.

Vzroki za zmanjšan razvoj organizmov

Sposobnost samoreguliranja in prenosa škodljivih učinkov okolja se v organizmih ne pojavlja takoj. Med embrionalnim in postembryonicnim razvojem, ko številni obrambni sistemi v telesu še niso nastali, so organizmi ponavadi občutljivi na delovanje škodljivih dejavnikov. Zato je pri živalih in rastlinah zarodek zaščiten s posebnimi lupinami ali s samim materinskim organizmom. Na voljo je s posebnim hranljivim tkivom ali pa s hranili neposredno iz materinega telesa. Kljub temu lahko sprememba v zunanjem okolju pospeši ali upočasni razvoj zarodka in celo povzroči nastanek različnih motenj.

Kličejo se dejavniki, ki povzročajo nepravilnosti v razvoju zarodka teratogenih, ali teratogeni. Glede na naravo teh dejavnikov so razdeljeni na fizično, kemično in biološko.

Da fizični dejavniki predvsem ionizirajoče sevanje, ki povzroča številne mutacije v plodu, ki so lahko nezdružljive z življenjem.

Kemikalije teratogeni so težke kovine, benzopirin, ki ga oddajajo avtomobili in industrijske rastline, fenoli, številna zdravila, alkohol, zdravila in nikotin.

Posebno škodljiv vpliv na razvoj človeškega zarodka je, da starši uporabljajo alkohol, zdravila in kajenje tobaka, ker alkohol in nikotin zavirajo celično dihanje. Nezadostna oskrba zarodka s kisikom vodi v dejstvo, da se v organih za oblikovanje oblikujejo manjše število celic in da so organi nerazviti. Živčno tkivo je še posebej občutljivo na pomanjkanje kisika. Prihodnja mamina uporaba alkohola, drog, tobačnega kajenja in zlorabe drog pogosto povzroči nepopravljivo škodo na zarodku in posledično rojstvo otrok z motnjami v duševnem razvoju ali prirojenih deformacij.

3.4. Genetika, njene naloge. Herednost in variabilnost - lastnosti organizmov. Osnovni genski koncepti.

Genetika, njene naloge

Uspeh naravoslovja in celične biologije v XVIII-XIX. Stoletju je omogočil številnim znanstvenikom, da izrazijo predpostavke o obstoju določenih dednih dejavnikov, ki določajo, na primer, razvoj dednih bolezni, vendar pa ti predpostavki niso bili podprti z ustreznimi dokazi. Celo teorija intracelularne pangeneze, ki jo je leta 1889 oblikoval X. de Vries, ki je prevzel obstoj nekaterih "pangenov" v celičnem jedru, ki določa dedne nagone telesa, in izhod v protoplazmo le tistih, ki določajo vrsto celice, ni mogel spremeniti situacije, npr. teorija "germplazme" A. Weismana, po kateri lastnosti, pridobljene med ontogenezo, niso podedovane.

Samo dela češkega raziskovalca G. Mendela (1822-1884) so postali temeljni kamen sodobne genetike. Kljub dejstvu, da so njegova dela citirana v znanstvenih revijah, so jih sodobniki niso pozorni na njih. In samo ponovno odkrivanje zakonov neodvisne dediščine treh znanstvenikov naenkrat - E.Chermak, K.Corrance in X. de Vries - so prisilile znanstveno skupnost, da se obrne na izvor genetike.

Genetika - je znanost, ki proučuje zakone dednosti in variacije ter metode njihovega upravljanja.

Naloge genetike v sedanji fazi študija kvalitativnih in kvantitativnih značilnosti dednega materiala, analiza strukture in delovanja genotipa, dešifriranje fine strukture gena in načinov uravnavanja genske aktivnosti, iskanje genov, ki povzročajo razvoj dednih bolezni pri ljudeh, in metode njihovega "popravljanja", ustvarjanje nove generacije zdravil po vrsti DNK cepiva, oblikovanje z uporabo genskega in celičnega inženirstva organizmov z novimi lastnostmi, ki bi lahko proizvedli potrebno e človek drog in hrano, kot tudi popoln prepis človeškega genoma.

Herednost in variabilnost - lastnosti organizmov

Herednost - je zmožnost organizmov, da svoje značilnosti in lastnosti prenesejo v več generacij.

Variabilnost - lastnost organizmov za pridobivanje novih znakov med življenjem.

Znaki - to so kakršne koli morfološke, fiziološke, biokemične in druge značilnosti organizmov, v katerih se nekateri med seboj razlikujejo, na primer barva oči. Lastnostise imenujejo vse funkcionalne lastnosti organizmov, ki temeljijo na določeni konstrukcijski lastnosti ali skupini elementarnih značilnosti.

Znaki organizmov se lahko razdelijo na kakovost in kvantitativno. Kvalitativni znaki imajo dve ali tri kontrastne manifestacije, ki se imenujejo alternativni znaki na primer modro in rjavo barvo oči, kvantitativno (pridelek krav, pridelek pšenice) nima jasno izraženih razlik.

Materialni nosilec dednosti je DNA. V evkariontih se razlikujeta dve vrsti dednosti: genotipsko in citoplazemski. Nosilci genotipske dednosti so lokalizirani v jedru, nato pa se bo o njem posebej razpravljalo, nosilce citoplazemske dednosti pa so obročne molekule DNA, ki se nahajajo v mitohondrijih in plastidah. Citoplazemska dednost se prenaša predvsem preko jajčeca, zato jo imenujemo tudi materni.

Majhno število genov je lokalizirano v mitohondriji človeških celic, vendar lahko njihova sprememba pomembno vpliva na razvoj organizma, na primer privede do razvoja slepote ali postopnega zmanjšanja mobilnosti. Plastidi imajo enako pomembno vlogo v rastlinskem življenju. Tako je na nekaterih območjih listov prisotnih celic, ki ne vsebujejo klorofila, kar vodi na zmanjšanje produktivnosti rastlin, po drugi strani pa se ti pestri organizmi vrednotijo v dekorativnem vrtnarstvu. Taki vzorci se reproducirajo pretežno na nessečni način, saj spolna reprodukcija pogosto proizvaja navadne zelene rastline.

Genetske metode

Hibridološka metoda ali način prehoda je selekcija staršev in analiza potomcev. Istočasno se genotip organizma ocenjuje s fenotipskimi manifestacijami genov pri potomcih, pridobljenih pod določenim prehodnim vzorcem. To je najstarejša informativna metoda genetike, ki jo je v največji meri uporabljal G. Mendel v kombinaciji s statistično metodo. Ta metoda se zaradi etičnih razlogov ne uporablja pri genetiki človeka.

Citogenetska metoda temelji na študiji kariotipa: števila, oblike in velikosti kromosomov telesa. Študija teh funkcij vam omogoča, da ugotovite različne patologije razvoja.

Biokemijska metoda omogoča ugotavljanje vsebnosti različnih snovi v telesu, zlasti njihovega presežka ali pomanjkanja, pa tudi aktivnosti številnih encimov.

Molekularne genetske metode so namenjene ugotavljanju variacij v strukturi in dekodiranju primarnega nukleotidnega zaporedja raziskanih segmentov DNA. Omogočajo prepoznavanje genov dednih bolezni celo v zarodkih, vzpostavitev očetovstva itd.

Populacijsko-statistična metoda omogoča ugotavljanje genetske sestave prebivalstva, pogostost določenih genov in genotipov, genetsko obremenitev ter predstavitev možnosti za razvoj prebivalstva.

Metoda hibridizacije somatskih celic v kulturi omogoča določanje lokalizacije določenih genov v kromosomih med fuzijo celic različnih organizmov, na primer miši in hrčk, miši in človeka itd.

Osnovni genetski koncepti in simbolizem

Gene - To je segment molekule DNA ali kromosoma, ki prenaša informacije o določeni lastnosti ali organizmu.

Nekateri geni lahko vplivajo na pojavljanje več znakov naenkrat. Ta pojav se imenuje pleiotropija. Na primer, gen, ki je odgovoren za razvoj dedne bolezni arachnodactyly (pajek prsti) povzroči ukrivljenost leče, patologijo številnih notranjih organov.

Vsak gen zaseda strogo določen kraj v kromosomu - lokus. Ker imajo somatske celice večine eukariotskih organizmov parni (homologni) kromosomi, obstaja en izvod gena, ki je odgovoren za določeno lastnost v vsakem od seznanjenih kromosomov. Ti geni se imenujejo alelični.

Alelski geni najpogosteje obstajajo v dveh variantah - prevladujoči in recesivni. Prevladujoči imenujejo alel, ki se kaže, ne glede na to, kateri gen je na drugem kromosomu, in zavira razvoj lastnosti, ki jo kodira recesivni gen. Dominantne alele navadno označujejo velike črke latinske abecede (A, B, C in itd.), in recesivno - manjše ohišje (a, bz in drugi.) - Recessive aleli se lahko manifestirajo samo, če zasedajo lokus v obeh povezanih kromosomih.

Imenovano je organizem, ki ima enak alel na obeh homolognih kromosomih homozigoten za določen gen, ali homozigoten (AA , aa, avb,aabb itd.) in organizem, ki ima različne genske variante v obeh homolognih kromosomih - prevladujočem in recesivnem - se imenuje heterozigoten za določen gen, ali heterozigoti (Aa, AaBb in tako naprej).

Številni geni imajo lahko tri ali več strukturnih variant, na primer krvne skupine ABO pa kodirajo trije aleli - Jaz A , Jaz B , i. Ta pojav se imenuje več alelizem. Vendar tudi v tem primeru vsak kromosom paru nosi le en alel, to pomeni, da ni mogoče zastopati vseh treh genskih variant v enem organizmu.

Genome - niz genov, ki so značilni za haploidni niz kromosomov.

Genotip - niz genov, značilnih za diploidni niz kromosomov.

Fenotip - sklop značilnosti in lastnosti organizma, ki je rezultat interakcije genotipa in okolja.

Ker so organizmi med seboj zelo različni, je možno, da vzorec njihovega dedovanja vzpostavi le z analizo dveh ali več znakov v potomstvu. Prehod, pri katerem se upošteva dediščina in natančno količinsko obračunavanje potomcev se izvaja za en par alternativnih lastnosti, se imenuje monohidrid, v dveh parov - dihidrid, za več znakov - polihibrid

Fenotip posamezniki ni vedno mogoče določiti genotipa, ker so bili homozigotno prevladujočega genov telesa (AA) ali heterozigotno (AA) bo v fenotipu ekspresijo dominantnih alelov. Zato je treba preveriti genotip organizma s navzkrižno oploditvijo analiziranje križanj - križanje, pri katerem se organizem s prevladujočo lastnostjo prečka s homozigotno za recesivni gen. Istočasno organizem, ki je homozigoten za prevladujoči gen, ne bo povzročal razcepitve na potomcih, medtem ko pri potomcih heterozigotnih posameznikov opazujemo enako število posameznikov s prevladujočimi in recesivnimi znaki.

Naslednje konvencije se najpogosteje uporabljajo za zapisovanje vzorcev prehodov:

P (iz lat. parienta - starši) - starševski organizmi;

♀ (alkemijski znak Venere - ogledalo z ročajem) - materinski posameznik;

♂ (alkemijski znak Marsa je ščit in kopje) - očetov;

x je znak prehoda;

F1, F2, F3 itd. So hibridi prve, druge, tretje in naslednje generacije;

F a - potomci iz analiznih križev.

Kromosomska teorija dednosti

Ustanovitelj genetike, G. Mendel, pa tudi njegovi najbližji privrženci, nima niti najmanjše zamisli o materialni osnovi dednih naklonov ali genov. Vendar pa je bil že v letih 1902-1903 nemški biolog T. Boveri in ameriški študent W. Satton neodvisno predlagal, da obnašanje kromosomov pri sesanju in gnojenju celic pojasnjuje Mendellovo razdelitev dednih dejavnikov, to je po njihovem mnenju gene morajo biti nameščeni v kromosomih. Te predpostavke so postale temelj kromosomske teorije dednosti.

Leta 1906 so angleška genetika W. Batson in R. Pennet odkrila kršitev Mendelian cepitve, ko so prečkali sladki grah, in njihova rojaka L. Doncaster je odkrila spolno povezano dediščino v poskusih z metuljčkom s kozjim moljem. Rezultati teh poskusov so jasno nasprotovali Mendelianju, vendar, če menite, da je bilo takrat že znano, da je bilo število znanih znakov eksperimentalnih predmetov veliko večje od števila kromosomov, kar je nakazovalo, da vsak kromosom nosi več kot en gen in gene enega kromosoma skupaj podedovali.

Leta 1910 so se poskusi skupine T. Morgan začeli na novem eksperimentalnem objektu - sadni muhi Drosophila. Rezultati teh eksperimentov so omogočili oblikovanje glavnih določb kromosomske teorije dednosti do sredine 20. stoletja 20. stoletja, določitev reda lokacije genov v kromosomih in razdalja med njimi, tj. Izdelavo prvih kart kromosomov.

Glavne določbe kromosomske teorije dednosti:

1) Gene se nahajajo v kromosomih. Geni istega kromosoma so podedovani skupaj ali povezani in se imenujejo sklopka. Število povezovalnih skupin je številčno enako haploidnemu nizu kromosomov.

Vsak gen zaseda strogo določen prostor v kromosomu - lokusu.

Geni v kromosomih so linearni.

Kršitev genske sklopke se zgodi samo zaradi prehoda.

Razdalja med geni v kromosomu je sorazmerna z odstotkom prehoda med njimi.

Neodvisno dedovanje je značilno le za gene nekomolognih kromosomov.

Sodobne ideje o genu in genomu

Na začetku 40. let 20. stoletja sta J. Bidle in E. Tatum, ki analizira rezultate genetskih študij, izvedenih na goveji koži, prišla do zaključka, da vsak gen nadzira sintezo encima in oblikuje načelo "en gene - en encim" .

Vendar pa leta 1961 F. Jacob, J.-L. Mono in A. Lvov sta uspela dešifrirati strukturo gena E. coli in raziskati ureditev svoje dejavnosti. Za to odkritje je bil leta 1965 prejel Nobelovo nagrado za fiziologijo in medicino.

V procesu raziskovanja so poleg strukturnih genov, ki nadzirajo razvoj določenih lastnosti, sposobni prepoznati regulatorne tiste, katerih glavna funkcija je manifestacija lastnosti, ki jih kodirajo drugi geni.

Struktura prokariontskega gena. Strukturni gen prokariontov ima kompleksno strukturo, saj vsebuje regulativne regije in kodirne sekvence. Regulatorna mesta vključujejo promotorja, operaterja in terminatorja (slika 3.8). Promotor imenujemo del gena, na katerega je pritrjen encim RNA polimeraze, ki omogoča sintezo mRNA med transkripcijskim procesom. S s strani upravljavca ki se nahaja med promotorjem in strukturnim zaporedjem represorski proteini Ne dovoljuje, da bi RNA polimeraza začela branje dednih informacij iz kodirnega zaporedja in samo njegova odstranitev omogoča začetek transkripcije. Struktura represorja je običajno kodirana v regulatornem genu, ki se nahaja v drugem delu kromosoma. Branje podatkov se konča na odseku gena, ki se imenuje terminator.

Zaporedje kodiranja strukturni gen vsebuje podatke o zaporedju aminokislin v ustreznem proteinu. Imenuje se kodirna sekvenca v prokariotih cistron, in niz kodirnih in regulativnih regij prokarionotnega gena operon. Na splošno so prokarioti, ki vključujejo E. coli, relativno majhno število genov, ki se nahajajo v enem krožnem kromosomu.

Citoplazma prokariotov lahko vsebuje tudi majhne krožne ali nezaslane molekule DNK, ki se imenujejo plazmidi. Plazmidi se lahko vključijo v kromosome in jih prenesejo iz ene celice v drugo. Lahko prenašajo informacije o spolnih značilnostih, patogenosti in odpornosti na antibiotike.

Struktura evkariontskega gena. Za razliko od prokariontov, evkariontski geni nimajo operonske strukture, ker ne vsebujejo operaterja, vsakemu strukturnemu genu pa spremlja samo promotor in terminator. Poleg tega so v genih evkariotov pomembna območja ( eksoni) nadomestijo z značilnostmi ( introni), ki so popolnoma prepisane na mRNA, nato pa se izločijo v procesu njihovega zorenja. Biološka vloga intronov je zmanjšanje verjetnosti mutacij na pomembnih področjih. Urejanje evkariontskih genov je veliko bolj zapleteno, kot je opisano pri prokariotih.

Človeški genom. V vsaki človeški celici je v 46 kromosomih približno 2 m DNA, tesno zapakirano v dvojno vijačnico, ki je sestavljena iz približno 3,2 x 10 9 nukleotidnih parov, kar zagotavlja približno 10 19 milijard možnih edinstvenih kombinacij. Do konca 80. let 20. stoletja je bilo približno 1.500 človeških genov, vendar je bilo njihovo skupno število ocenjeno na približno 100 tisoč, saj imajo samo dedne bolezni pri ljudeh približno 10 tisoč, da ne omenjamo števila različnih proteinov, ki jih vsebujejo celice .

Leta 1988 se je začel mednarodni projekt "Human Genome", ki se je na začetku XXI stoletja končal s popolnim dekodiranjem zaporedja nukleotidov. Omogočil je razumeti, da imajo dve različni osebi za 99,9% podobne nukleotidne sekvence, le ostali 0,1% pa določajo našo individualnost. Skupaj je bilo ugotovljenih približno 30-40 tisoč strukturnih genov, nato pa se je njihovo število zmanjšalo na 25-30 tisoč. Med temi geni ni le edinstvenih, temveč tudi več sto in tisočkrat. Kljub temu ti geni kodirajo mnogo večje število beljakovin, na primer desetine tisoč proteinskih proteinov - imunoglobulinov.

97% našega genoma je genetski "junk", ki obstaja le zato, ker se lahko dobro razmnožuje (RNA, ki je prepisana na teh mestih, nikoli ne zapusti jedra). Na primer, med našimi geni ni le "človeških" genov, ampak 60% genov, podobnih genom Drosophila, in imamo do 99% genov iz šimpanzov.

Vzporedno z dekodiranjem genoma je potekalo kartiranje kromosomov, zato je bilo mogoče ne le locirati, temveč tudi določiti lokacijo nekaterih genov, ki so odgovorni za razvoj dednih bolezni, kot tudi ciljne gene za droge.

Dekodiranje človeškega genoma doslej ni dalo neposrednega učinka, saj smo prejeli nekakšno navodilo za sestavljanje takega kompleksnega organizma kot človeka, vendar se nismo naučili, kako narediti ali vsaj popraviti napake v njej. Kljub temu je doba molekularne medicine že na pragu, razvoj tako imenovanih genov, ki lahko blokirajo, odstranijo ali celo nadomestijo patološke gene pri živih ljudeh, in ne samo v oplojeno jajce, poteka po vsem svetu.

Ne smemo pozabiti, da je v evkariontskih celicah DNA ne le v jedru, ampak tudi v mitohondriji in plastidah. Za razliko od jedrskega genoma je organizacija mitohondrijskega in plastidnega gena zelo podobna organizaciji prokariotskega genoma. Kljub dejstvu, da ti organski organi nosijo manj kot 1% dednih podatkov o celici in celo ne kodirajo celotnega sklopa beljakovin, potrebnih za lastno delovanje, lahko znatno vplivajo na določene lastnosti telesa. Tako pestrost v rastlinah klorophytum, bršljana in drugih podeduje majhno število potomcev, tudi če prečkajo dve pestri rastlini. To je posledica dejstva, da se plastidi in mitohondrije prenašajo predvsem z citoplazem jajc, zato se ta dednost imenuje maternal ali citoplazemski, v nasprotju s genotipom, ki je lokalizirana v jedru.

Vzorec dednosti, njihova citološka podlaga

Glede na kromosomsko teorijo dednosti je vsak par genov lokaliziran v paru homolognih kromosomov, vsak kromosom pa nosi le enega od teh dejavnikov. Če si predstavljamo, da so geni točkovni predmeti na ravnih kromosomih, potem so homozigotni posamezniki lahko shematično napisani kot A || A ali a || a, medtem ko je heterozigoten - A || a. Ko se med postopkom mejoze oblikujejo gamete, bo vsak izmed genov heterozigotnega para v eni od zarodnih celic (slika 3.9).

Na primer, če sta prečkana dva heterozigotna posameznika, pod pogojem, da se v vsakem od njih oblikuje le par gamet, se lahko pridobijo samo štiri hčerinske organizme, od katerih bodo trije nosili vsaj en prevladujoči gen A in samo eden bo homozigoten za recesivni gen a to je, zakoni dednosti so statistične narave (slika 3.10).

V teh primerih, če se geni nahajajo v različnih kromosomih, se med nastankom gametov porazdelitev alelov iz tega para homolognih kromosomov med njimi dogaja popolnoma neodvisno od porazdelitve alelov iz drugih parov (slika 3.11). To je naključna razporeditev homolognih kromosomov na vretenčnem ekvatorju v metafazi I mejoze in njihova naknadna razhajanja v anafazi I vodijo do različnih rekombinacij alelov v gametah.

Število možnih kombinacij alelov pri moških ali ženskih gametah se lahko določi s splošno formulo 2 n, kjer je n število kromosomov, značilnih za haploidni set. Pri ljudeh je n = 23 in možno število kombinacij je 2 23 = 8388608. Naslednja zveza gamete med oploditvijo je tudi naključna, zato je v potomstvu mogoče zabeležiti neodvisno razcepljanje za vsak par znakov (slika 3.11).

Vendar je število znakov v vsakem organizmu veliko večje od števila njegovih kromosomov, ki jih je mogoče ločiti pod mikroskopom, zato mora vsak kromosom vsebovati več dejavnikov. Če si predstavljamo, da nekateri posamezniki heterozigotni za dva para genov, ki se nahajajo v homolognih kromosomih, proizvajajo gamete, potem moramo upoštevati ne le verjetnost nastanka gametov z izvornimi kromosomi, temveč tudi gametam, ki so prejeli kromosom, ki je bil spremenjen zaradi prehoda na mezozo proafaze I. Posledično bodo v potomstvu nastale nove kombinacije lastnosti. Podatki, pridobljeni v poskusih na Drosophila, so bili osnova kromosomska teorija dednosti.

Druga temeljna potrditev citološke osnove dednosti je bila pridobljena pri proučevanju različnih bolezni. Torej, pri ljudeh ena od oblik raka je posledica izgube majhnega dela enega od kromosomov.

Patenti dedovanja, ki jih je postavil G. Mendel, njihova citološka osnova (mono- in dihidridni prehod)

Osnovne zakone neodvisne dediščine likov je odkril G. Mendel, ki je v svoji raziskavi dosegel uspeh z uporabo nove hibridne metode.

Uspeh G. Mendela je bil zagotovljen z naslednjimi dejavniki:

1. Dobra izbira predmeta študije (grahovo seme), ki ima kratko rastno sezono, je samoprašna rastlina, daje veliko količino semen in jo predstavlja veliko število sort z dobro ločenimi značilnostmi;

2. uporabljajo le čiste črte graha, ki več generacij niso dali razdelitve znakov na potomstvu;

3. koncentracija na samo enega ali dveh znakih;

4. načrtovanje poskusa in oblikovanje jasnih prehodnih vzorcev;

5. natančen kvantitativni izračun nastalega potomstva.

Za študijo je G. Mendel izbral le sedem znakov z alternativnimi (kontrastnimi) manifestacijami. Že na prvih prehodih je opazil, da so pri potomcih prve generacije pri prečkanju rastlin z rumenimi in zelenimi semeni vsi potomci imeli rumena semena. Podobni rezultati so bili pridobljeni pri preučevanju drugih znakov (tabela 3.1). Znaki, ki so prevladovali v prvi generaciji, je klical G. Mendel prevladuje. Tisti, ki se niso pojavili v prvi generaciji, so bili poklici recesivno.

Klicali so se posamezniki, ki so razdelili na potomce heterozigoten, in posamezniki, ki niso razdelili - homozigoten.

Tabela 3.1

Znaki graha, katerih dediščino je preučil G. Mendel

Sign of	Možnost manifestacije
Sign of	Prevladujoči	Recessive
Barvanje semen
Oblika semena		Naguban
Oblika plodov (fižol)		Zberite
Fetalna obarvanost
Barvanje rožice
Položaj cvetja	Axillary	Apikal
Dolžina stebla		Kratek

Pokliči se križišče, v katerem se preiskuje manifestacija samo ene lastnosti monohidrid V tem primeru sledijo vzorci dedovanja samo dveh različic ene lastnosti, katerih razvoj je posledica para alelnih genov. Na primer, znak "barvanje vogalnice cvetice" v grahu ima le dve manifestaciji - rdeča in bela. Vse ostale značilnosti teh organizmov se ne upoštevajo in se pri izračunih ne upoštevajo.

Shema monohidridnega križanja je naslednja:

Preko dveh rastlin grahov, od katerih je ena imela rumena semena in druga zelena, je prva generacija G. Mendela prejela rastline izključno z rumenimi semeni, ne glede na to, katera rastlina je bila izbrana kot starša, in ki je bil oče. Isti rezultati so bili pridobljeni tudi v križancih iz drugih razlogov, zaradi katerih je G. Mendel obrazložil pravo enotnosti hibridov prve generacije, ki se prav tako imenuje prvi zakon mendela in zakon dominacije.

Prvi zakon Mendela:

Pri prehodu homozigotnih starševskih oblik, ki se razlikujejo v enem paru alternativnih lastnosti, bodo vsi hibridi prve generacije enotni tako v genotipu kot pri fenotipu.

A - rumena semena; in - zelenih semen.

Ko se samoprašne (prečkajo) hibridi prve generacije, se je izkazalo, da ima 6022 semena rumeno barvo in 2001 - zeleno, kar približno ustreza razmerju 3: 1. Prejeto ime vzorca je prejel delitev zakona, ali Mendelov drugi zakon.

Drugi zakon Mendela:

Ko prečkajo prvo generacijo heterozigotnih hibridov v potomstvu, bo eden od znakov prevladal v razmerju 3: 1 glede na fenotip (1: 2: 1 glede na genotip).

Vendar pa po fenotipu posameznika daleč ni vedno možno vzpostaviti svojega genotipa, saj so kot homozigoti za prevladujoči gen (AA), tako in heterozigotov (Aa) bo imel v fenotipu manifestacijo prevladujočega gena. Zato veljajo za organizme s križanjem analiziranje križanj - križanje, pri katerem se organizem z neznanim genotipom prečka s homozigotno za recesivni gen za preverjanje genotipa. Hkrati pa homozigotni posamezniki ne delijo v potomstvu po dominantnem genu, medtem ko je v heterozigotnem potomstvu enako število posameznikov z dominantnimi in recesivnimi značilnostmi:

Na podlagi rezultatov svojih eksperimentov je G. Mendel predlagal, da se dedni dejavniki ne mešajo pri nastajanju hibridov, ampak ostanejo nespremenjeni. Ker povezava med generacijami poteka preko gametov, je priznal, da v procesu njihovega nastanka pride samo v enega izmed gamterjev (to je, genetsko čiste), in med oplodjem se vzpostavi par. Te predpostavke imenujemo pravila čistosti gamet.

Pravila o čistosti gamete:

Med gametogenezo so geni enega para ločeni, kar pomeni, da vsaka gameta nosi samo eno različico gena.

Vendar pa se organizmi na različne načine med seboj razlikujejo, zato je mogoče vzorce dediščine določiti le z analizo dveh ali več znakov na potomcih. Prehod, pri katerem se upošteva dediščina in se opravi natančno količinsko obračunavanje potomcev za dva para znakov, se imenuje dihidrid. Če se analizira večje število dednih lastnosti, je to že polibridiranje.

Diagram hibridnega križanja:

Z večjo raznolikostjo gametov določitev genotipov potomcev postane otežena, zato se za analizo široko uporablja mrežica Pennet, v kateri se male celice vnesejo vodoravno in ženske vnašajo navpično. Genotipe potomcev so določeni s kombinacijo genov v stolpcih in vrsticah.

Za hibridni hibridni prehod Mendel je izbral dve značilnosti: barvo semen (rumena in zelena) in njihovo obliko (gladka in nagubana). V prvi generaciji je bil zabeležen enakomernost hibridov prve generacije, v drugi generaciji pa 315 rumenih gladkih semen, 108 - zelenih gladkih, 101 - rumenih nagubanih in 32 zelenih nagubanih. Izračun je pokazal, da je bila delitev blizu 9: 3: 3: 1, za vsakega od znakov pa razmerje ostalo 3: 1 (rumeno - zelena, gladka - nagubana). Ta vzorec se imenuje zakon neodvisnega deljenja funkcij ali Tretji zakon Mendela.

Tretji zakon Mendela:

Pri prehodu homozigotnih starševskih oblik, ki se razlikujejo v dveh ali več pari lastnosti, se v drugi generaciji v razmerju 3: 1 (9: 3: 3: 1 pri prehodu dihibrida) pojavi neodvisno razcepljanje teh lastnosti.

Tretji zakon Mendela velja samo za primere neodvisne dediščine, kadar so geni locirani v različnih parov homolognih kromosomov. V teh primerih, ko se geni nahajajo v enem paru homolognih kromosomov, so vzorci povezanega dedovanja veljavni. V medsebojnem delovanju genov se pogosto kršijo tudi vzorci neodvisnega dedovanja znakov, ki jih je vzpostavil G. Mendel.

Zakoni T. Morgana: povezana dedovanja znakov, motnja povezovanja genov

Nov organizem prejme od staršev ne gensko razprševanje, temveč celih kromosomov, medtem ko je število znakov in s tem gene, ki jih določajo, veliko večje kot pri kromosomih. V skladu s kromosomsko teorijo dednosti so geni, ki se nahajajo v istem kromosomu, podedovani. Posledično, ko hibridiziran prehod, ne dajejo pričakovanega deljenja 9: 3: 3: 1 in ne upoątevajo tretjega zakona Mendela. Lahko pričakujemo, da je povezava genov popolna in da pri prehodu posameznikov, ki so homozigotni za te gene, in v drugi generaciji dajejo začetne fenotipe v razmerju 3: 1 in pri analizi križanja prve generacije hibridov mora biti cepitev 1: 1.

Za preizkušanje te predpostavke je ameriški genetik T. Morgan iz Drosophile izbral par genov, ki nadzirajo barvo telesa (sivo-črna) in obliko krila (dolge - rudimentarne), ki se nahajajo v enem paru homolognih kromosomov. Sivo telo in dolga krila so prevladujoče značilnosti. Pri prehajanju homozigotne muhe s sivo telo in dolgimi krili ter homozigotno muho s črnim telesom in osnovnimi krili v drugi generaciji so bili roditeljski fenotipi dejansko doseženi v razmerju blizu 3: 1, vendar je bilo tudi neznatno število posameznikov z novimi kombinacijami teh znakov ( Slika 3.12).

Ti posamezniki se imenujejo rekombinantni. Vendar pa je T. Morgan po analizi hibridizacije prve generacije hibridov s homozigotoma za recesivne gene ugotovil, da ima 41,5% posameznikov sivo telo in dolga krila, 41,5% črno telo in osnovna krila, 8,5% sivo telo in osnovna krila, in 8,5% - črno telo in osnovna krila. Povezal je nastalo cepitev s prehodom, ki se je pojavil v mezozi prophase I in predlagal, da je enota razdalje med genom v kromosomu 1% prečka, kasneje poimenovano po njem kot morganid.

Patterns of concatenated inheritance, ugotovljeni med poskusi na sadni muhi, se imenujejo zakon T. Morgan.

Morganov zakon:

Gene, locirane v enem kromosomu, zavzemajo določeno mesto, imenovano lokus, in so podedovane povezano, pri čemer je sila spojitve obratno sorazmerna razdalji med geni.

Gene, locirane v kromosomu neposredno eden za drugim (verjetnost prehoda je izredno majhna), se imenujejo popolnoma povezani in če obstaja vsaj en drug gen med njimi, niso popolnoma vezani in je njihova povezava med prehodom prekinjena zaradi izmenjave odsekov homolognih kromosomov.

Pojav povezav genov in prehoda omogočata, da na njih izdelamo karte kromosomov z genskim razporedom. Genetske karte kromosomov so ustvarjene za mnoge genetsko dobro proučene objekte: Drosophila, miš, človeška, koruza, pšenica, grah, itd. Študija genskih zemljevidov vam omogoča primerjavo strukture genomov v različnih vrstah organizmov, ki je pomembna za genetiko in vzrejo, pa tudi evolucijske študije .

Genetika tla

Paul - To je niz morfoloških in fizioloških značilnosti organizma, ki zagotavljajo spolno reprodukcijo, katere bistvo je zmanjšano na oploditev, to je združitev moških in ženskih zarodnih celic v zigot, iz katerega se razvija nov organizem.

Znaki, na katere se en spol razlikuje od drugega, se delijo na primarno in sekundarno. Primarnim spolnim značilnostim so spolni organi in vsi drugi - na sekundarno.

Pri ljudeh so sekundarne spolne značilnosti tip telesa, zvok glasu, prevladujoča mišična ali maščobna tkiva, prisotnost telesnih las na obrazu, Adamovo jabolko, mlečne žleze. Tako je pri ženskah medenice ponavadi širše od ramen, prevladuje maščobno tkivo, se izločajo mlečne žleze in glas je visok. Moški se od njih razlikujejo v širših ramenih, prevladujočem mišičnem tkivu, navzočnosti rasti dlaka na obrazu in Adamovem jabolku, pa tudi z nizkim glasom. Človeštvo je že dolgo zanimalo vprašanje, zakaj so posamezniki moškega in ženskega spola rojeni v razmerju približno 1: 1. Razlaga za to je bila pridobljena pri proučevanju kariotipov žuželk. Izkazalo se je, da so samice nekaterih hroščev, kobilic in metuljev en kromosom več kot moški. Po drugi strani pa samci proizvajajo gamete, ki se razlikujejo po številu kromosomov, s čimer se vnaprej določi spol potomcev. Vendar pa je kasneje ugotovljeno, da se večina organizmov ne razlikuje glede števila kromosomov pri samcih in samicah, vendar pa ima eden od kromosomov par kromosomov, ki se med seboj ne ujemajo velikosti, drugi pa je seznanjen s kromosomi.

Podobna razlika je bila ugotovljena tudi pri človeškem kariotipu: moški imajo dva nepoškodovana kromosoma. V obliki, ti kromosomi na začetku delitve spominjajo na latinske črke X in Y, zato so jih imenovali X in Y kromosomi. Moški sperma lahko nosi enega od teh kromosomov in določi spol nerojenega otroka. V zvezi s tem so kromosomi ljudi in mnogih drugih organizmov razdeljeni v dve skupini: avtosomi in heterochromosomi ali spolni kromosomi.

Da avtosomi kromosomi so enaki za oba spola, medtem ko spolni kromosomi - To so kromosomi, ki so različni pri različnih spolih in imajo informacije o spolnih značilnostih. V primerih, ko spol nosi iste spolne kromosome, na primer XX, je rečeno, da homozigoten ali homogameten (tvori iste gamete). Drugi spol, ki ima različne spolne kromosome (XY), se imenuje hemizygous (ki nimajo polnega ekvivalenta alelnih genov), ali heterogametni. Pri ljudeh je večina sesalcev, muh, Drosophila in drugih organizmov ženski spol homogameten (XX) in moški heterogameten (XY), medtem ko je pri pticah moški spol homogameten (ZZ ali XX) in ženska heterogametna (ZW ali XY) .

Kromosom X je velika neenakomerna ramena kromosoma, ki nosijo več kot 1.500 genov, pri čemer veliko njihovih mutantnih alel povzroči osebo, da razvije hude dedne bolezni, kot so hemofilija in barvna slepota. Kromosom Y je, nasprotno, zelo majhen, vsebuje le okoli ducatov genov, vključno s specifičnimi geni, ki so odgovorni za razvoj moškega tipa.

Kariotip človeka je zabeležen kot 46, XY, kariotip ženske pa 46, XX.

Ker se pri moških z enako verjetnostjo proizvajajo geste s spolnimi kromosomi, je pričakovano razmerje med spoloma v potomcu 1: 1, kar sovpada z dejansko opaženim.

Čebele se razlikujejo od drugih organizmov, pri katerih se ženske razvijejo iz oplojenih jajc in moških iz neopredeljenih. Njihov spolni odnos se razlikuje od tistega, ki je naveden zgoraj, saj postopek gnojenja ureja maternica, v spolovelnem traktu katerega se od spomladi shranjujejo spermatozo leto dni.

V številnih organizmih se lahko spol določi na drug način: pred ali po oploditvi, odvisno od okoliščin.

Dedovanje spolnih vezi

Ker so nekateri geni v spolnih kromosomih, ki niso enaki za pripadnike nasprotnih spolov, se narava dedovanja znakov, kodiranih s temi geni, razlikuje od splošne. Ta vrsta dedovanja se imenuje Kris-križna dediščina, saj moški podedujejo lastnosti mater in ženske podedujejo lastnosti mater. Imenovane so lastnosti genov, ki jih najdemo na spolnih kromosomih skupaj s tlemi. Primeri spolno povezanih lastnosti so recesivni znaki hemofilije in barvne slepote, ki se večinoma manifestirajo pri moških, ker v kromosomu Y ni alelnih genov. Ženske trpijo zaradi takšnih bolezni le, če so takšne znake prejeli od očeta in od matere.

Na primer, če je bila mati heterozigoten nosilec hemofilije, se bo pri polovici njenih sinov kršila koagulacija krvi: Hn - normalna krvna koagulacija X h - neskladnost krvi (hemofilija)

Znaki, kodirani v genih Y-kromosoma, se prenašajo izključno skozi moško linijo in se kličejo holandrična (prisotnost membrane med prsti, povečana rast las na rob roke).

Genska interakcija

Preverjanje vzorcev neodvisne dediščine na različnih predmetih že v začetku 20. stoletja je pokazalo, da na primer, ko nočna lepota preči rastline z rdečim in belim halo, imajo hibridi prve generacije roza platišča, medtem ko so v drugi generaciji osebe z rdečim in rožnatim in bele rože v razmerju 1: 2: 1. To je povzročilo, da raziskovalci verjamejo, da imajo lahko alelni geni določen vpliv drug na drugega. Nato je bilo ugotovljeno, da nesaletični geni prispevajo k manifestaciji znakov drugih genov ali jih zavirajo. Te ugotovitve so postale osnova ideje o genotipu kot sistemu medsebojnih genov. Trenutno obstajajo interakcije alelnih in nesalernih genov.

Medsebojno delovanje alelnih genov vključuje popolno in nepopolno prevlado, kodoinanco in prekomerno nadzorovanje. Polna prevlada upoštevajo vse primere interakcije alelnih genov, v katerih se pri heterozigotu opazuje le prevladujoča značilnost, kot na primer barva in oblika semena v grahu.

Nepopolna prevlada - ta vrsta interakcij alelne gene, kjer ekspresija recesiven alel v večji ali manjši meri stanjša ekspresije, tako kot v primeru barva venec nočnega lepote (bel = rdeča + roza) in volno pri govedu.

Codominance to vrsto interakcij alelnih genov, v katerih se pojavita oba alela, ne da bi oslabili medsebojne učinke. Tipičen primer kodominacije je dedovanje krvnih skupin s sistemom ABO (tabela 3.2). IV (AB) pri ljudeh (genotip - I A I B).

Kot je razvidno iz tabele, so krvne skupine I, II in III podedovane glede na vrsto popolne dominacije, medtem ko je skupina IV (AB) (genotip - I A I B) primer kodirajoče.

Overdominacija - to je pojav, v katerem je v heterozigotnem stanju dominantna značilnost močnejša kot v homozigotnem stanju; nadomejevanja se pogosto uporablja pri vzreji in se šteje za vzrok heteroze - pojav hibridne moči.

Poseben primer interakcije alelnih genov se lahko šteje za tako imenovano smrtonosni geni ki v homozigotnem stanju vodijo do smrti organizma, najpogosteje v zarodnem obdobju. Vzrok smrti potomcev je pleiotropski učinek genov za sivo barvo volne v astrakhanskih ovcah, barva platine v lisah in odsotnost lusk v zrcalnim krapom. Ko se presežejo dve heterozigotni osebi za te gene, bo razdelitev testne lastnosti v potomce 2: 1 zaradi smrti 1/4 potomcev.

Glavne vrste interakcij nesaletičnih genov so komplementarnost, epistaza in polimeri. Komplementarnost - to je vrsta medsebojnega delovanja nealaličnih genov, v katerih je prisotnost vsaj dveh prevladujočih alel različnih pari potrebna za manifestacijo določenega stanja lastnosti. Na primer, bučna pri prehodu rastlin s sferično (AAbb) in dolgo (aaBB) sadje prve generacije se pojavlja v rastlinah z diskoidnimi sadeži (AaBb).

Da epistaza vključujejo takšne pojave medsebojnega delovanja nealalnih genov, v katerih en ne-alelni gen zavira razvoj lastnosti drugega. Na primer, pri piščancih barvo perja določi en prevladujoči gen, medtem ko drugi prevladujoči gen zavira razvoj barve, zaradi česar je večina piščancev bele perje.

Polimer imenovan pojav, v katerem imajo nealaktični geni enak učinek na razvoj lastnosti. Tako so kvantitativni atributi pogosto kodirani. Na primer, barvo kože osebe določijo vsaj štirje pari nealaličnih genov - bolj dominantni aleli v genotipu, temnejša koža.

Genotip kot popoln sistem

Genotip ni mehanska vsota genov, saj je možnost manifestacije gena in oblika njegove manifestacije odvisna od okoljskih pogojev. V tem primeru okolje pomeni ne samo okolje, temveč tudi genotipsko okolje - druge gene.

Pojav kvalitativnih znakov je redko odvisen od okoljskih pogojev, čeprav se v primeru, ko se hermanski zajček izreže iz dela telesa z belo volno in nanese mehurček z ledom, se bo s tem časom v tem mestu povečala črna volna.

Razvoj kvantitativnih lastnosti je veliko bolj odvisen od okoljskih pogojev. Na primer, če se moderne sorte pšenice gojijo brez uporabe mineralnih gnojil, se bo njihov pridelek bistveno razlikoval od genetsko programiranih 100 ali več centrov na hektar.

Tako so v genotipu zabeležene le "sposobnosti" organizma, vendar se manifestirajo le v interakciji z okoljskimi pogoji.

Poleg tega geni medsebojno komunicirajo in lahko, ko v istem genotipu, močno vplivajo na manifestacijo delovanja sosednjih genov. Tako je za vsak posamezen gen genotipsko okolje. Možno je, da je razvoj katere koli lastnosti povezan z delovanjem številnih genov. Poleg tega je bila razkrita odvisnost več lastnosti enega gena. Na primer, v ovsenu barvo lestvic in dolžino hrbtenice semena določi en sam gen. V Drosophili gen gama bele barve istočasno vpliva na barvo telesa in notranjih organov, dolžino kril, zmanjšano plodnost in zmanjšano pričakovano življenjsko dobo. Ni izključeno, da je vsak gen istočasno gen glavnega delovanja za "lastno" lastnost in modifikator za druge lastnosti. Tako je fenotip rezultat interakcije genov celotnega genotipa z okoljem med ontogenezo posameznika.

V zvezi s tem je znani ruski genetik M. E. Lobašev opredelil genotip kot sistem interakcij genov. Ta integralni sistem je nastal v procesu evolucije organskega sveta, medtem ko so preživeli le tisti organizmi, v katerih je interakcija genov povzročila najugodnejšo reakcijo na ontogenezi.

Človeška genetika

Za človeka kot biološke vrste so genetski zakoni dednosti in variabilnosti, ugotovljeni za rastline in živali, v celoti veljavni. Obenem človeška genetika, ki proučuje zakone dednosti in spremenljivosti pri ljudeh na vseh nivojih njihove organizacije in obstoja, zaseda posebno mesto med drugimi deli genetike.

Človeška genetika je hkrati temeljna in uporabna znanost, saj se ukvarja s preučevanjem dednih človeških bolezni, ki jih trenutno opisuje več kot 4 tisoč. Spodbuja razvoj sodobnih trendov na splošno in molekularne genetike, molekularne biologije in klinične medicine. Odvisno od problematike, je genetika človeka razdeljena na več področij, ki so se pojavljale v neodvisnih znanostih: genetika običajnih človeških simptomov, medicinske genetike, vedenja in obveščevalne genetike, genetike prebivalstva. V tem pogledu je bil v našem času človeka kot genetskega predmeta preučen skoraj boljši od glavnih modelnih predmetov genetike: Drosophila, arabidopsis, itd.

Človeška biološka narava ima pomemben vpliv na raziskave v svoji genetiki zaradi pozne pubertete in velikih časovnih vrzeli med generacijami, manjše število potomcev, nezmožnost usmerjenih križanj za genetsko analizo, pomanjkanje čistih linij, pomanjkanje natančnosti pri registraciji dednih lastnosti in majhnih rodovnikov, nezmožnost ustvarjanja istih strogo nadzorovani pogoji za razvoj potomcev iz različnih zakonskih zvez, relativno veliko število in slabo razlikujejo kromosomi in nemogoče eksperimentalno pridobivanje mutacij.

Metode za proučevanje človeške genetike

Metode, uporabljene v genetiki človeka, se ne razlikujejo bistveno od tistih, ki so splošno sprejete za druge predmete - to je genealoški, dvojčkov, citogenetski, dermatoglifični, molekularni biološki in populacijsko-statistične metode, metoda hibridizacije somatskih celicin simulacijska metoda. Njihova uporaba v človeški genetiki upošteva posebnosti človeka kot genetskega objekta.

Metoda Twin Pomaga določiti prispevek dednosti in vpliv okoljskih pogojev na manifestacijo lastnosti, ki temelji na analizi naključnosti teh lastnosti v identičnih in bratskih dvojčkih. Tako ima večina identičnih dvojčkov enake vrste barve krvi, oči in las ter številne druge znake, medtem ko oba tipa dvojčkov trpijo zaradi ošpic.

Dermatoglifična metoda ki temelji na študiji posameznih značilnosti kožnih risb prstov (daktiloskopija), dlani in podplatov stopal. Na podlagi teh značilnosti pogosto omogoča pravočasno odkrivanje dednih bolezni, zlasti kromosomskih nepravilnosti, kot so Down sindrom, Shereshevsky-Turner in drugi.

Genealoška metoda - To je metoda sestavljanja rodovnikov, ki pomagajo določiti naravo dedovanja proučevanih lastnosti, vključno s dednimi boleznimi, in napovedujejo rojstvo potomcev z ustreznimi lastnostmi. To je pokazala dedno naravo bolezni, kot so hemofilija, slepota, Huntingtonove bolezni, in drugi. Pred odprtjem osnovnih zakonov dedovanja. Pri pripravi rodoslovnih podatkov vodijo evidenco o vsakem družinskem članu in upoštevajo stopnjo sorodnosti med njimi. Nadalje je na podlagi pridobljenih podatkov genealoško drevo zgrajeno z uporabo posebnih simbolov (slika 3.13).

Genealoško metodo se lahko uporablja za eno družino, če obstajajo podatki o zadostnem številu neposrednih sorodnikov osebe, katere rodoslovje je sestavljeno - proband - na očetovskih in materinskih linijah, drugače zbirajo informacije o več družinah, v katerih se ta simptom manifestira. Rodoslovje metoda omogoča določitev ne samo dedljivost karakteristiko, ampak naravo dediščine: .. Prevladujoč ali recesiven, avtosomih ali spol vezana, itd Tako Portret avstrijski monarh Habsburškemu bilo ugotovljeno dedovanje prognathism (močno štrli spodnjo ustnico) in "kraljevski hemofilijo" potomci britanske kraljice Viktorije (slika 3.14).

Rešitev genskih problemov. Kartiranje križancev

Vse vrste genetskih nalog se lahko zmanjšajo na tri vrste:

1. Naloge poravnave.

2. Naloge za določitev genotipa.

3. Naloge za določitev vrste dedovanja sledi.

Funkcija naloge poravnave To je razpoložljivost informacij o dedovanju lastnosti in fenotipov staršev, ki je enostaven za namestitev in genotipov staršev. Zahtevajo vzpostavitev genotipov in fenotipov potomstva.

Sl. 72. Bakterije in enocelične glive: 1 - E. coli; 2 - kvas

Spomnite se, katera kraljestva so razdeljena na vse organizme. Razmislite na slikah 72, 73. Kakšne so strukturne značilnosti enoceličnih organizmov? Razmislite o slikah 74, 75. Kako se kolonialni organizmi razlikujejo od enoceličnih organizmov? Primerjajte številne celične in enocelične organizme. Kakšne so njihove pomembne razlike?

Telo (iz latinščine. Telo - poskrbi, daje tanek videz) - je biološki sistem, sestavljen iz medsebojno povezanih delov, ki deluje kot celota. Za vsak organizem so značilni vsi znaki življenja: metabolizem in pretvorba energije, razdražljivost, dednost in variabilnost, rast, razvoj in razmnoževanje. Organizmi, ki živijo na Zemlji, so zelo raznoliki v strukturi: enolični, kolonialni in večcelični. Hkrati se prokarionti nahajajo le med enoceličnimi organizmi, vsi kolonialni in večcelični organizmi pa so evkarioni.

Enocelični organizmi. Najenostavnejše oblike organizmov so enocelične. Najdemo jih med vsemi glavnimi kraljestvi živih bitij: bakterijami, rastlinami, živalmi in glivami (slika 72, 73). Eničelni organizmi so pogosti v vodi, tleh, zraku, kot tudi v telesih večceličnih organizmov. Eničelni organizmi so se uspešno prilagajali različnim življenjskim razmeram in predstavljajo skoraj polovico mase vseh organizmov na Zemlji. Nekateri so avtomobili, drugi pa heterotrofi.

Sl. 73. enocelične alge in protozoji: 1 - klorella; 2 - ameba navaden, vznemirljiv ipfusorium čevelj

Posebnost enocelične - precej preproste strukture telesa. To je celica, ki ima vse glavne značilnosti neodvisnega organizma. Organele (iz latinščine. Organele so manjše organske, t.j. majhne organske celice), kot so organi večceličnih organizmov, opravljajo različne funkcije. Eničelno razmnoževanje precej hitro in pod ugodnimi pogoji za eno uro lahko povzroči dve in včasih tri generacije. V neugodnih razmerah lahko tvorijo spore, pokrite z gostimi školjkami. Procesi vitalne dejavnosti v sporih so praktično odsotni. Pod ugodnimi pogoji se spor vrne v aktivno delujočo celico.

Prokariotski enocelični organizmi vstopajo le v področje bakterij. Enicelularni eukarioti se nahajajo v drugih kraljestvih prosto živečih živali. V kraljestvu so rastline enolične alge, v kraljestvu Živali so najpreprostejše, v kraljestvu Gobe so enolični kvasovke glivic.

Kolonialni organizmi. Mnogi znanstveniki menijo, da so kolonialni organizmi prehodni od enocelične do večcelične oblike življenja. V primitivni obliki je ta pojav opazen pri prokariontih, bakterijah, ki, kadar so razdeljeni, tvorijo kolonije. In za vsako vrsto bakterij je značilna lastna specifična oblika kolonije. Sintetizirajo določene encime, ki jim omogočajo, da učinkoviteje uporabljajo hranila. V neugodnih razmerah celice takšne kolonije tvorijo spore, ki omogočajo preživetje telesa.

Kolonije lahko tvorijo in zelene alge. Najbolj zanimiv v tem pogledu je kolonija volvoxa, ki bolj spominja na večcelični organizem (slika 74). Usklajeno premikanje flagella omogoča usmerjeno gibanje. Reproduktivne celice, odgovorne za razmnoževanje, so na eni strani kolonije. Zahvaljujoč njih se v matični koloniji oblikujejo hčerinske kolonije, ki se nato ločijo in prenesejo v samostojno življenje.

Sl. 74. Kolonialna alga Volvox: 1 - videz kolonije: 2 - struktura posameznih celic, povezanih med seboj z nitmi citoplazme

Večcelični organizmi. Čeprav so unicellulars zelo številni in razširjeni na Zemlji, imajo v primerjavi z njimi večceličnih organizmov več prednosti. Najprej lahko uporabljajo vire okolja, ki so nedostopne enojni celici. Na primer, prisotnost množice celic, ki tvorijo različna tkiva in organe, omogoča, da drevo ali grm dosežejo veliko velikost, z uporabo korenin, da zagotovijo vodo in mineralno hranilo zase in ustvarjajo organske snovi v zelenih listih. Večcelularne živali, zahvaljujoč tkivom in organom, so sposobne bolje pridobiti hrano in razviti nove habitate.

Sl. 75. Tkiva večceličnih organizmov: 1 - rastlinsko tkivo (primarno fotoentetično); 2 - živalsko tkivo (ciliated epitel)

V večceličnem organizmu so celice zelo raznolike, vendar lahko vedno izbirate skupine celic, ki so podobne strukturi in funkciji. Skupine celic in zunajcelične substance večceličnega organizma, ki imajo enako strukturo, izvor in opravljajo podobne funkcije, imenujemo tkiva (slika 75). Specializacija celic za izvajanje določenih funkcij povečuje učinkovitost celotnega organizma.

Različna tkiva se združijo v organe, kar pa tvori organske sisteme. Notranji organi in sistemi organov so značilni za živali. Rastline imajo nekoliko drugačno strukturo organov, vendar so tudi sestavljena iz različnih tkiv.

Neklične oblike življenja

Virusi. Poleg organizmov, ki imajo celično strukturo, obstajajo tudi neklične oblike življenja - virusi (iz Lat. Virus - strup). Njihove lastnosti omogočajo, da po eni strani obravnavajo živa telesa narave, po drugi strani pa jih obravnavajo kot molekule nežive narave. Virusi imajo dednost in variabilnost. Istočasno pa niso sposobni samostojnega metabolizma, pretvorbe energije in razmnoževanja. Zato so virusi prehodna skupina med živo in neživsko naravo.

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

Virusi so tako majhni, da je njihova narava pred pojavom elektronskega mikroskopa ostala nejasna. Aktivna študija virusov se je začela šele v drugi polovici dvajsetega stoletja. Hkrati je nastala ločena virusna znanost - virologija. Trenutno je preučevanje virusov zelo intenzivno, odprto pa je veliko novih vrst.

Delci virusov imajo simetrično strukturo in različne oblike (slika 77). Med njimi so polyhedra (virus poliomielitisa in herpes virus), paličasto oblikovan (virus mozaika tobaka) in nepravilno ovalna (virus gripe).

Sl. 77. Virus mozaika tobaka: 1 - rastlina tobaka, ki jo je prizadel virus; 2 - elektronska fotografija virusa; 3 - struktura sheme

Virusi imajo zelo primitivno strukturo. Ločeni delci virusov - virioni, sestavljeni iz nukleinske kisline in beljakovin. Nukleinska kislina služi kot dedna naprava virusa in je lahko predstavljena kot molekula DNA in RNA. Je jedro virusa in je zaščiten s kapsulo. Kapsula je zgrajena iz različnih proteinskih molekul, katerih postavitev določa zunanjo strukturo viriona. Nekateri predstavniki virusov poleg kapsule imajo lahko dodatno membrano beljakovin in lipidov.

Virusi povzročajo različne bolezni rastlin, živali, ljudi in bakterij.

Sl. 78. Struktura bakteriofagnega virusa: 1 - proteinska kapsula; 2 - virusna DNA; 3 - ovratnik: 4 - repni ovoj; 5 - bazalna plošča s špicami; 6 - repne niti

Virus humane imunske pomanjkljivosti (HIV) povzroči bolezen Sindrom pridobljene imunske pomanjkljivosti (slika 79). HIV virioni so okrogli. Zunaj so prekrite z protein-lipidno membrano. Pod membrano je vmesna proteinska kapsula. V notranjosti je genetski aparat HIV - dve molekuli RNK.

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

Ko HIV vstopi v človeško kri, okuži bele krvničke, ki so odgovorne za imuniteto telesa. Ugabljene bele krvne celice bodisi umrejo bodisi prenehajo prepoznati tuje patogene bakterije in nenormalne človeške celice, ki so nastale kot posledica prekinitve normalne celične delitve. Posledica tega je, da oseba, okužena z virusom HIV, umre zaradi nalezljive bolezni, ker so leukociti neaktivni in ne proizvajajo protitelesnih proteinov. Smrt osebe lahko prihaja iz raka, kar vodi do širjenja nenormalnih celic. Znanstveniki intenzivno iščejo zdravila, ki lahko ščitijo ali ozdravijo to najresnejšo nalezljivo bolezen človeštva.

Vaje na materialu

Podajte definicijo organizma. Katere lastnosti naj bi imele kot samostojni biološki sistem?
Navedite skupne znake enoceličnih organizmov.
Kakšen je zaplet organizacije pri prehodu iz enojnih prokariontov v evkarionte?
Navedite enocelične predstavnike vsakega kraljestva organizmov.
Kako lahko pojasnimo visoke prilagoditvene sposobnosti enoceličnih organizmov?
Kako se kolonialni organizmi razlikujejo od enoceličnih in večceličnih?
Kakšna je glavna razlika med celicami večceličnih in enoceličnih organizmov?
Zakaj se virusi štejejo za prehod med živo in neživsko naravo?
Kako se virusi v strukturi razlikujejo od bakterij?
Katere bolezni povzročajo viruse v rastlinah, živalih in ljudeh?
Kakšna je struktura virusnega bakteriofaga? Kako oseba uporablja bakteriofage?
Kakšna je struktura virusa humane imunske pomanjkljivosti (HIV)? Kakšna bolezen povzroča HIV? Na kaj se je izkazalo?