|
Лекция. Постэмбриональное развитиеПлан. 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 fs 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 ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между... Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам... Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор... ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|