Лекция. Постэмбриональное развитие

План.

1. Прямое развитие и непрямое развитие.

2. Дифференциация клеток

3. Влияние внешних условий на раннее развитие организмов

1. Стадия эмбрионального разви­тия заканчивается рождением или вылуплением из яйца дете­ныша животных, прорастанием семени растений. Следующая стадия развития организма до взрослого состояния называется постэмбриональным развитием. У различных видов организ­мов этот период протекает по-разному. У многих животных, включая человека, детеныши появляются на свет маленькими и беспомощными, неспособными к самостоятельной жизни. На­пример, у огромного кенгуру размер новорожденного детеныша не превышает размера грецкого ореха. В постэмбриональный пе­риод у таких животных происходит дозревание многих органов и систем — нервной, пищеварительной, половой, иммунной. В этом случае говорят о прямом постэмбриональном раз­витии.

У таких животных, как членистоногие, амфибии, постэмб­риональный период отличается большой сложностью, у них вы­лупившиеся из яиц детеныши зачастую совсем не похожи на взрослые организмы. Например, гусеница — личинка бабочки — очень сильно отличается от взрослого насекомого и строением, и способом питания, и местом обитания. Головастик похож ско­рее на рыбу, чем на взрослую лягушку. Это — непрямое пост­эмбриональное развитие, или развитие с превращением. Пост­эмбриональное развитие таких животных включает в себя одно или несколько превращений, когда строение животного изменя­ется — исчезают одни органы, появляются другие. Например, у головастика исчезают жабры, хвост, образуются легкие, ко­нечности. У многих насекомых постэмбриональное развитие включает еще одну стадию — куколку, во время которой прак­тически полностью исчезают личиночные внутренние орга­ны, заменяясь новыми, характерными для взрослого насе­комого.

У растений между периодами эмбриогенеза и дальнейшим развитием организма может проходить немало времени. Семе­на, защищенные оболочками, могут сохранять жизнеспособность в течение многих лет. Для прорастания им нужны особые ус­ловия, прежде всего влажность и определенная температура. При прорастании в клетках зародыша активируются ферменты, начинается использование запасных питательных веществ, де­ление клеток, рост и развитие органов, появляется проросток, дальнейший рост и развитие которого приводят к образованию взрослого растения. У некоторых растений также наблюдается развитие с превращением. Обычно это связано с образованием запасающих органов — клубней, луковиц, корневищ, являю­щихся видоизмененными побегами или корнями.

3. Дифференцировка клеток. Все клетки зародыша, а затем и взрослого организма образуются из зиготы путем многократных митотических делений и имеют одинаковое количество ДНК, одинаковые хромосомы и одинаковые гены. Каким же образом клетки разных органов и тканей оказываются разными по сво­ему строению и функциям, т. е. дифференцированными? Дело в том, что специфические свойства клеток определяются белка­ми, которые синтезируются в этих клетках. В клетках много­клеточных организмов никогда не работают все имеющиеся в них гены, а работает только небольшая их часть. В ходе инди­видуального развития именно эти работающие в определенном органе или ткани гены и создают специфичность строения и функционирования клеток разных органов.

Специфичность работы клеток зачатков органов возникает не сразу, а лишь на определенной стадии развития зародыша. На ранних стадиях дробления отдельные клетки многоклеточного зародыша еще не дифференцированы и, если их пересадить на другое место, могут изменить ход своего развития. Клетки не­которых участков эмбриона дифференцируются раньше других и могут влиять на развитие соседних органов, «выключая» или «включая» транскрипцию определенных генов. Регуляторами активности генов служат синтезируемые этими клетками раз­личные молекулы — белки и вещества небелковой природы. Данные о таком взаимовлиянии клеток были получены в опытах по пересадкам участка эктодермы, из кото­рой формируется нервная система, на стадии гаструлы одной лягушки под брюшную эктодерму зародыша другой лягушки, находящегося на той же стадии гаструлы. В процессе нормального развития этот участок влияет на формирование рас­положенной около него спинной эктодермы в нервную пластин­ку. В условиях опыта, кроме нормально развивающейся нерв­ной системы вокруг участка, пересаженного от другой особи, также образовались нервная трубка, хорда, начиналось разви­тие второго головного и спинного мозга, так что получился двой­ной эмбрион. Следовательно, пересаженный участок является организатором, который влияет на окружающие его ткани, т. е. обладает способностью направлять развитие клеток, приходя­щих в соприкосновение с ним.

Были обнаружены и другие организаторы, оказывающие вли­яние на развитие прилежащих участков. Постепенно включа­ясь, они обеспечивают последовательность протекания процесса развития зародыша. Подобные организаторы были найдены при изучении развития зародышей птиц, млекопитающих, беспозво­ночных, растений. Условия, в которых живут организмы, постоянно меняются. Часто эти изменения носят резко выраженный характер. Изме­няются температура, освещенность, влажность, кормовая обес­печенность, количество хищников и паразитов и т. д. Для того чтобы выжить в таких условиях, любой организм должен про­тивостоять вредному влиянию внешних факторов. Процессы при­способления организма происходят постоянно и не прекращают­ся вплоть до его гибели.

Уровни приспособления организма к изменяющимся усло­виям. Каким образом организмы приспосабливаются к услови­ям окружающей среды? Существует несколько уровней, на ко­торых протекает этот процесс. Клеточный уровень — один из важнейших.

Рассмотрим в качестве примера, как приспосабливается к ус­ловиям среды одноклеточный организм — кишечная палочка. Известно, что она хорошо растет и размножается в среде, со­держащей единственный сахар — глюкозу. При обитании в та­кой среде ее клеткам не нужен фермент, необходимый для пре­вращения другого сахара, например лактозы в глюкозу. Но ес­ли бактерии выращивать в среде, содержащей -лактозу, то в клетках сразу начинается интенсивный синтез фермента, пре- вращающего лактозу в глюкозу. Следовательно, кишечная па­лочка способна перестраивать свою жизнедеятельность так, что становится приспособленной к новым условиям среды. Приве­денный пример относится и ко всем другим клеткам, включая клетки высших организмов.

Другой уровень, на котором происходит приспособление ор­ганизмов к условиям окружающей среды, — тканевый. Трени­ровка приводит к развитию органов: у тяжелоатлетов — мощ­ная мускулатура; у людей, занимающихся подводным погруже­нием, сильно развиты легкие; у отличных стрелков и охотни­ков — особая острота зрения. Многие качества организма мо­гут быть развиты в значительной мере тренировкой. При неко­торых заболеваниях, когда особенно большая нагрузка прихо­дится на печень, наблюдается резкое увеличение ее размеров. Таким образом, отдельные органы и ткани способны отвечать на изменение условий существования.

Саморегуляция. Организм представляет собой сложную сис­тему, способную к саморегуляции. Саморегуляция позволяет ор­ганизму эффективно приспосабливаться к изменениям окружа­ющей среды. Способность к саморегуляции в сильной степени выражена у высших позвоночных, особенно у млекопитающих. Достигается это благодаря мощному развитию нервной, крове­носной, иммунной, эндокринной и пищеварительной систем.

Изменение условий с неизбежностью влечет за собой пере­стройку их работы. Например, нехватка кислорода в воздухе приводит к интенсификации работы кровеносной системы, уча­щается пульс, возрастает количество гемоглобина в крови. В результате организм приспосабливается к изменившимся усло­виям.

Постоянство внутренней среды при систематически меняю­щихся окружающих условиях создается совместной деятельно­стью всех систем организма. У высших животных это выража­ется в поддержании постоянной температуры тела, в постоян­стве химического, ионного и газового состава, давления крови, частоты дыхания и сердечных сокращений, постоянном синте­зе нужных веществ и разрушении вредных.

Поддержание относительного постоянства внутренней среды организма называют гомеостазом. Гомеостаз — важнейшее свой­ство целостного организма.

Обмен веществ — обязательное условие и способ поддержа­ния стабильности организации живого. Без обмена веществ не­возможно существование живого организма. Обмен веществ и энергии между организмом и внешней средой — неотъемлемое свойство живого.

Особую роль в поддержании постоянства внутренней среды играет иммунная (защитная) система. Русский ученый И. И. Мечников был одним из первых биологов, доказавших ее огромную важность. Клетки иммунной системы выделяют спе- циальные белки — антитела, которые активно обнаруживают и уничтожают все чужое для данного организма.

4. Влияние внешних условий на раннее развитие организмов.

Способность к саморегуляции и к противостоянию вредным вли­яниям среды возникает у организмов не сразу. В течение эмб­рионального и постэмбрионального развития, когда многие за­щитные системы еще не сформировались, организмы особенно уязвимы для действия повреждающих факторов. Поэтому и у животных и у растений зародыш защищен специальными обо­лочками или самим материнским организмом. Он либо снабжен специальной питающей тканью, либо получает питательные ве­щества непосредственно от материнского организма. Тем не ме­нее изменение внешних условий может ускорить развитие эмб­риона или затормозить его и даже вызвать возникновение раз­личных нарушений.

Вредное влияние на развитие эмбриона человека оказывает употребление его родителями алкоголя, наркотиков, курение та­бака. Алкоголь и никотин угнетают клеточное дыхание. Недо­статочное снабжение кислородом приводит к тому, что в фор­мирующихся органах образуется меньшее количество клеток, органы оказываются недоразвитыми. Особенно чувствительна к недостатку кислорода нервная ткань. Употребление будущей ма­терью алкоголя, наркотиков, курение табака, злоупотребление лекарствами часто приводят к необратимому повреждению эм­бриона и последующему рождению детей с умственной отстало­стью или врожденными уродствами. Не меньшую опасность для развития зародыша представляет загрязнение среды обитания различными химическими веществами или облучение ионизи­рующей радиацией.

В течение постэмбрионального периода развивающиеся орга­низмы также очень чувствительны к вредным воздействиям внешней среды. Это объясняется тем, что формирование систем поддержания гомеостаза продолжается и после рождения. По­этому алкоголь, никотин, наркотики, являющиеся ядами и для взрослого организма, особенно опасны для детей. Эти вещества тормозят рост и развитие всего организма, а особенно головно­го мозга, что приводит к умственной отсталости, тяжелым за­болеваниям и даже смерти.

Биологические часы. Далеко не всегда организмы жестко поддерживают характеристики внутренней среды на одном и том же уровне. Часто внешние изменения влекут за собой пере­стройку внутренней среды. Пример того — изменение физиоло­гического состояния организмов в зависимости от изменений длины дня в течение года, или, как говорят, изменений фото­периодических условий.

У многих животных и растений, обитающих в умеренном климате, сезон размножения совпадает с увеличением длины светового дня. Изменение фотопериодических условий в данном случае — ведущий фактор. Сезонные ритмы наиболее ярко проявляются в смене покровов у деревьев лиственных лесов, смене оперения птиц и волосяного покрова млекопитающих, в периодических остановках и возобновлении роста растений и т. д.

Изучение явлений суточной, сезонной и лунной периодично­сти живых организмов показало, что все эукариоты (однокле­точные и многоклеточные) обладают так называемыми биологи­ческими часами. Другими словами, организмы обладают способ­ностью измерять суточные, лунные и сезонные циклы.

Известно, что приливно-отливные течения в океане вызыва­ются влиянием Луны. В течение лунных суток вода поднима­ется (и отступает) либо дважды, либо один раз, в зависимости от района Земли. Морские животные, обитающие в таких пери­одически меняющихся условиях, способны измерять время при­ливов и отливов с помощью биологических часов. Двигательная активность, потребление кислорода и многие физиологические процессы у крабов, актиний, раков-отшельников и других оби­тателей прибрежных участков морей закономерно изменяются в течение лунных суток.

Ход биологических часов может перестраиваться в зависи­мости от изменившихся условий. Примером такого процесса яв­ляется изменение ритмов многих физиологических функций: температуры тела, давления крови, фазы двигательной актив­ности и покоя у человека, совершившего перелет из Москвы на Камчатку, где солнце встает на 9 ч раньше. При быстром пере­лете на дальние расстояния перестройка биологических часов происходит не сразу, а в течение нескольких дней.

Суточные ритмы жизнедеятельности многих организмов оп­ределяются чередованием света и темноты: началом рассвета или сумерек. Скворцы за час до захода Солнца собираются в стаи в течение 10—30 мин и улетают в места ночевки за десятки ки­лометров. Они никогда не опаздывают благодаря своим биоло­гическим часам, которые подстраиваются под Солнце. В целом суточная периодичность складывается в результате координации многих ритмов, как внутренних, так и внешних.

В ряде случаев причина периодических колебаний внутрен­ней среды заключена в самом организме. Эксперименты над жи­вотными показали, что в условиях абсолютной темноты и зву­ковой изоляции периоды отдыха и бодрствования последователь­но чередуются, укладываясь в промежуток времени, близкий к 24 ч.

Итак, колебания характеристик внутренней среды организ­ма можно рассматривать как один из факторов, поддерживаю­щих ее постоянство.

Анабиоз. Часто организмы попадают в такие условия среды, в которых продолжение нормальных жизненных процессов не­возможно. В подобных случаях некоторые организмы могут впадать в анабиоз (от греч. «ана» — вновь, «биос» — жизнь), т. е. состояние, характеризующееся резким снижением или даже вре­менным прекращением обмена веществ. Анабиоз является важ­ным приспособлением многих видов живых существ к неблаго­приятным условиям обитания. Споры микроорганизмов, семена растений, яйца животных — примеры анабиотического состоя­ния. В отдельных случаях анабиоз может продолжаться сотни и даже тысячи лет, по прошествии которых семена не теряют всхожести. Глубокое замораживание спермы и яиц особо цен­ных сельскохозяйственных животных для их длительного хра­нения и последующего широкого употребления — пример ис­пользования анабиоза в практической деятельности людей.

Лекция. Основные понятия генетики

План.

1. Генетика и ее задачи, методы.

2. Основные понятия генетики.

3. Генетическая символика.

1. Генетика (греч. genesis —происхождение) —наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости. Датой рождения генетики считается 1900 г., были заново открыты закономерности наследовании признаков, уже установленные в 1865 г. австрийс­ким натуралистом Грегором Менделем (1822—1884). Монах, а затем настоятель монастыря в чешском городе При о, он одновременно был учителем естествознания в местной школе. Г. Мендель много лет в монастырском проводил скрещивания различных рас гороха.

Методы генетики

2. Основные понятия генетики:

- наследование — конкретный способ передачи дственной информации в ряду поколений живых организмов, который может быть различен в зависи­мости от формы размножения;

- наследуемость — генотипическая обусловлен­ность изменчивости признака для популяции или груп­пы организмов;

- аллельные гены (аллель) — гены, расположен­ные в одних и тех же локусах (местах) гомологичных хромосом, ответственные за развитие одного признака (нмзможно, в альтернативном выражении);

- признак — какое-либо качество организма, по которому можно отличать один организм от другого;

— альтернативные признаки — контрастные, вза­имоисключающие признаки (например, окраска вен­чика цветков — красная, белая; высота стеблей — низкие и высокие; окраска горошин — желтые, зеленые; форма семян — гладкая, морщинистая и пр.);

— доминантный признак — проявляющийся у гиб­ридов первого поколения и подавляющий развитие дру­гого, альтернативного признака. Это признак одного из родителей, преобладающий у гибридов. Они проявляют­ся фенотипически и в гетерозиготном состоянии;

— рецессивный признак — противоположный по проявлению доминантному, не проявляется у гибри­дов первого поколения, но передается по наследству; — генотип — совокупность всех генов одного ор­ганизма;

— фенотип — совокупность признаков и свойств организма, которые формируются в процессе взаимо­действия генотипа с окружающей средой.

Оба термина — генотип и фенотип — введены дат­ским генетиком Вильгельмом Иогансеном (1857—1927) в начале XX в.;

— гомозиготный организм — такой, в генотипе (в зиготе) которого имеются два одинаковых аллельных гена, формирующих какой-либо один признак. Ор­ганизм может быть гомозиготным по доминантным (АА) либо по рецессивным (аа) генам. Может быть ди-, три- гомозиготным в зависимости от количества генов, ответственных за два или три признака. Напри­мер: ААВВСС, ааввсс и пр.;

— гетерозиготный организм имеет разные алле­ли данного гена в гомологичных хромосомах. Гены, от­вечающие за разное проявление одного какого-либо при­знака, отличаются друг от друга по последовательности нуклеотидов, а значит, и по последовательности амино­кислот в молекулах белков, влияющих на признак;

— моногибридное скрещивание двух организмов, которые отличаются друг от друга по одной паре аль­тернативных признаков. Например, осуществляют гибридизацию гороха с желтыми и зелеными семе­нами;

— дигибридное скрещивание — скрещивание ор­ганизмов, которые отличаются друг от друга двумя па­рами альтернативных признаков. Например, скрещи­вают два растения гороха с семенами желтыми и гладкими, а также зелеными и морщинистыми;

— полигибридное скрещивание — скрещивание ор­ганизмов, отличающихся друг от друга тремя, четырьмя и большим количеством альтернативных признаков.

Основные методы генетики приведены в табл. 5.

3. Генетическая символика. Для генетического анали­за наследования тех или иных признаков организмов при половом размножении производят скрещивание двух особей разных полов. Скрещивание обозначают в генетике знаком умножения — х. При написании схемы скрещивания принято на первое место поме­щать женскую особь. Женский пол обозначают знаком (зеркало Венеры), мужской (щит и копье Мар­са). Родительские организмы, участвующие в скрещи­вании, обозначают буквой Р (первая буква латинского слова parenta — родители). Потомство от скрещива­ния двух особей с различной наследственностью на­зывают гибридным, а отдельную особь — гибридом. Гиб­ридное поколение обозначают для краткости буквой F₁ (первая буква латинского слова Filli — дети) с цифро­вым индексом, соответствующим порядковому номеру гибридного поколения. Так, первое поколение сле­дует обозначать; потомство гибридных особей F,, тре­тье поколение f_s и т. д.

Своеобразной «алгеброй» генетики является сим­волика, используемая для отображения закономерно­стей наследования признаков. Доминантный признак принято обозначать прописной буквой латинского ал­фавита (А, В или С) или заглавной буквой, с которой начинается слово, определяющее доминантный признак (красный венчик — К). Рецессивный признак обознача­ют строчной буквой (а, b или с). Если доминантный при­знак обозначили прописной первой буквой того слова, которое его определяет, то рецессивный признак следует обозначить строчной буквой того же слова, поставив над этой буквой значок «-», что означает отрицание: к — не красный венчик, а белый. Вместо буквенных выра­жений могут быть поставлены соответствующие им различные гены и аллели.

Константные формы АА или аа называются гомо­зиготными. Чистая линия — генотипически однород­ное потомство гомозиготного самоопылителя.

Лекция. Основные закономерности явлений наследственности. Моногибридное скрещивание

План.

1. Первый закон Менделя.

2. Второй закон Менделя.

3. Неполное доминирование

1. Правило единообразия первого поколения гибридов (правило доминирования), или закон единообразия пер­вого поколения гибридов (первый закон Г. Менделя).

При скрещивании двух гомозиготных организмов, от­личающихся друг от друга по одной паре альтерна­тивных признаков, все первое поколение гибридов (F₁) окажется единообразным и будет нести признак од­ного родителя (при условии полного доминирования).

2. Закон расщепления признаков (второй закон Г. Мен­деля).

В потомстве, полученном от скрещивания гибридов первого поколения, наблюдается явление расщепле­ния: четверть особей из гибридов второго поколения имеет рецессивный признак, три четверти — доми­нантный. Расщепление по фенотипу — 3:1; по гено­типу — 1:2:1 (см. рис. 19).

При неполном доминировании в потомстве гибри­дов (F₂) расщепление по генотипу и фенотипу совпа­дает (1:2:1). Все гомозиготные организмы имеют при­знаки родителей — доминантные или рецессивные, все гетерозиготные имеют промежуточные признаки.

4. Неполное доминирование (промежуточное насле­дование) — широко распространенное явление, обна­руживается в наследовании окраски венчика цветков, строения перьев птиц, окраски шерсти у крупного ро­гатого скота и овец, биохимических особенностей у лю­дей и пр. Суть в том, что в гетерозиготном состоянии доминантный ген не всегда окончательно подавляет проявление рецессивного гена, поэтому гибрид F₁ не воспроизводит полностью ни одного из родительских признаков. Выражение признака носит промежуточ­ный характер с большим или меньшим уклонением к доминантному или рецессивному состоянию. Так, при скрещивании растения ночная красавица с красной окраской венчика {АА) с растением, имеющим белые цветки (аа), все растения будут иметь цветки только розового цвета (Аа). Промежуточное насле­дование не противоречит правилу доминирования, или первому закону Менделя, так как все потомки F₁ еди­нообразны.

Гипотеза (закон) чистоты гамет.

При образовании половых клеток в каждую гамету попадает только один ген из каждой аллельной пары.

Цитологическим доказательством гипотезы (закона) чистоты гамет является поведение хромосом в мейозе: в первом мейотическом делении в разные клетки попа­дает по одной гомологической хромосоме, а в анафазе второго — дочерние хромосомы (сестринские хроматиды). У гибридного организма гаметы не гибридны, т. е. они чисты от гибридных признаков. Так, особь Аа обра­зует половину гамет с аллелем А и половину с аллелем а.

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: