Особенности биологического уровня организации материи.

Происхождение жизни на Земле. Основные теории возник­новения жизни. Креационизм, самопроизвольное зарождение жизни, стационарного состояния, панспермии. Теория биохи­мической эволюции. Теория коацерватов А.И. Опарина: орга­нические вещества могли синтезироваться из более простых со­единений под действием интенсивной солнечной радиации. Ре­шающую роль в превращении неживого в живое сыграли белки. Природа первых организмов - гетеротрофы. Симбиогенез как возможный путь формирования клет­ки эукариот.

Цитология - наука о клетке. Клетка - система мембран. Впервые название клетка применил Роберт Гук. Одноклеточные организмы открыл Антон Левенгук. Т. Шванн сформулировал клеточную теорию. Карл Бэр открыл яйцеклетку млекопитаю­щих.

Современная клеточная теория:

Клетка- основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого.

Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому со­ставу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену ве­ществ.

Размножение клеток происходит путем их деления и каж­дая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки.

В сложных многоклеточных организмах клетки специали­зированы по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

 

Прокариоты и эукариоты. Особая - неклеточная форма жизни - вирусы.

Оболочка клетки. Многослойная мембрана, состоящая из белков и липидов. Функции: барьер, транспорт - обмен веществ, механическое соединение за счет выростов и каналов. Диффу­зия, осмос, фильтрация, избирательная проницаемость, фагоци­тоз, пиноцитоз. Органоиды - органы клетки и выполняемые ими основные функции.

Химический состав клетки: липиды, углеводы, белки.

Состав и функции белков. Полимеры состоят из многих мономеров - аминокислот. У всех аминокислот есть одинаковая часть, состоящая из аминогруппы и карбоксильной группы, другая часть аминокислот разная - называется радикалом. Структура белка: первичная, вторичная, третичная, четвертич­ная.

Нуклеиновые кислоты. ДНК, РНК- полимеры, состоят из нуклеотидов. Состав: азотистое основание, углевод и фосфор­ная кислота. Аденин, гуанин, цитозин, тимин. Удвоение моле­кулы ДНК происходит по принципу комплиментарности.

 

Обмен веществ. 1) Обеспечение клетки строительным ма­териалом - пластический обмен. 2) Обеспечение клетки энергией - энергетический обмен. Постоянный обмен веществ и энергии. Открытая система.

Энергетический обмен (в частности, получение клеткой энергии) происходит за счет расщепления аденозинтрифосфор­ной кислоты до аденозиндифосфорной кислоты. АТФ по струк­туре относится к нуклеотидам. В ней содержатся остатки азоти­стого основания (аденина), углевода (рибозы) и три остатка фосфорной кислоты. Под действием определенных ферментов она подвергается гидролизу, т.е. присоединяет молекулу воды и расщепляется. Восстановление запаса АТФ идет в две стадии: гликолиз - бескислородное расщепление и дыхание - кислород­ное расщепление. Участвуют многочисленные ферменты. Ос­новное условие нормального течения кислородного процесса -целостность митохондриальных мембран.

 

Автотрофы и гетеротрофы. Фотосинтез - синтез органиче­ских соединений, идущий за счет энергии солнечного излучения. Световая фаза и темновая фаза. Хемосинтез присутствует у азотфиксирующих и нитрифицирующих бактерий. Окисление аммиака в азотную кислоту. Окисление азотистой кислоты в азотную.

 

Код ДНК. Отрезок молекулы ДНК, содержащий информа­цию о первичной структуре одного определенного белка, назы­вается геном. В молекуле ДНК содержится несколько сотен ге­нов. На молекулах ДНК записана и хранится информация о первичной структуре всех белков данной клетки. Транскрипция.

Размножение и индивидуальное развитие организмов. Од­но из свойств живого - дискретность, то есть на любом уровне организации живая материя представлена элементарными структурными единицами. Для клетки - это органоид и его це­лостность обуславливается постоянным воспроизведением но­вых органоидов вместо износившихся. Каждый организм со­стоит из клеток. Развитие и существование организма обеспе­чивается размножением клеток.

Животный мир и мир растений состоят из отдельных еди­ниц - видов. Каждая особь данного вида смертна и существова­ние видов поддерживается размножением организмов. Таким образом, дискретность жизни предполагает ее воспроизводство, то есть процесс размножения.

Две основные формы размножения - половое и бесполое. Половое - смена поколений и развитие организмов при образо­вании специализированных половых клеток. При бесполом размножении новая особь появляется из неспециализированных клеток тела - соматических, неполовых.

При бесполом размножении процесс деления клеток назы­вается митозом. Генотип идентичен материнскому.

Половое размножение дает генетическое преимущество по сравнению с бесполым. Происходят комбинации генов, при­надлежащих обоим родителям. Поскольку рекомбинация генов происходит в каждом поколении, то это дает значительно более богатый материал для эволюции, чем мутационный процесс.

 

Основное направление эволюции полового размножения -сингамия, т.е. оплодотворение, при котором обязательно слия­ние двух половых клеток, происходящих от разных особей. Та­кой тип полового размножения наилучшим образом обеспечи­вает генетическое разнообразие потомства.

Гаметогенез - развитие половых клеток. В них содержится гаплоидный набор хромосом - в два раза меньше, чем в сомати­ческих клетках. Процесс образования половых клеток - мейоз. Биологическая роль мейоза заключается в поддержании посто­янства хромосомного набора, свойственного данному виду ор­ганизмов.

Функции сперматозоида - внесение генетической информа­ции в яйцеклетку и активация ее развития. В яйцеклетке же за­ложены все основные факторы, позволяющие организму разви­ваться.

У некоторых животных яйцеклетка может развиваться без оплодотворения - партеногенез. При партеногенезе образуются особи только 1 пола - мужского или женского.

Индивидуальное развитие (онтогенез) - процесс реализа­ции генетической информации, полученной от родителей. Эм­бриональный и постэмбриональный периоды.

 

Начальные стадии эмбрионального развития. 1) Дробле­ние- многоклеточный зародыш - бластула. Клетки имеют дип­лоидный набор хромосом, одинаковы по строению, т.е. клетки бластулы не дифференцированы. 2) Гаструляция - образуются первые эмбриональные ткани. Происходит дифференциация клеток. Возникают два зародышевых листка - наружный экто­дерма и внутренний - энтодерма. Затем формируется новый за­родышевый листок - мезодерма. Клетки каждого листка отли­чаются особенностями строения. Зародышевые листки занима­ют определенное положение в зародыше и дают начало соот­ветствующим органам. 3) Первичный органогенез - образова­ние комплекса осевых органов зародыша - нервной трубки, хорды, кишечной трубки.

Из одних и тех же зародышевых листков у разных видов образуются одни и те же ткани и органы. Это говорит о гомо­логичности зародышевых листков, что, в свою очередь, являет­ся одним из доказательств единства животного мира.

Постэмбриональный период развития начинается в момент рождения или выхода организма из яйцевых оболочек. Разви­тие может быть прямым или сопровождаться метаморфозом. При прямом развитии из яйцевых оболочек или из тела матери выходит организм небольших размеров, но в нем заложены все основные органы, свойственные взрослому животному (беспозвоночные с неполным превращением, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие). В период постэмбрионального разви­тия происходит значительный рост организма и половое созре­вание.

При развитии с метаморфозом из яйца выходит личинка, подчас не имеющая сходства со взрослым организмом, со спе­циальными личиночными органами, которые отсутствуют во взрослом состоянии. Личинка растет и развивается. Личиноч­ные органы заменяются на органы взрослого организма. Мета­морфоз связан с переменой образа жизни или среды обитания. Значение заключается в том, что личинки могут самостоятельно питаться и растут, накапливая клеточный материал для форми­рования органов, свойственных взрослым животным. Смена жизненных фаз позволяет виду разнообразнее использовать экологические ниши, имеющиеся в биоценозе, а также несет расселительную функцию.

Закон зародышевого сходства Карла Бэра. Появление в эмбриональном периоде развития современных животных при­знаков, свойственных далеким предкам, отражает эволюцион­ные преобразования в строении органов.

Биогенетический закон Мюллера и Геккеля. Онтогенез ка­ждой особи есть краткое и быстрое повторение филогенеза ви­да, к которому эта особь относится.

А.Н.Северцов установил, что в индивидуальном развитии проявляются признаки не взрослых предков, а их зародышей. Таким образом, основу филогенеза составляют изменения, про­исходящие в онтогенезе отдельных особей.

 

Генетика изучает два фундаментальных свойства живых организмов - наследственность и изменчивость. Наследствен­ность - это свойство родителей передавать свои признаки и осо­бенности развития следующему поколению. Обеспечение пре­емственности свойств - лишь одна из сторон наследственности; вторая сторона - обеспечение точной передачи специфического для каждого организма ти пре­емственности свойств - лишь одна из сторон наследственности; вторая сторона - обеспечение точной передачи специфического для каждого организма типа развития, становления в ходе он­тогенеза определенных признаков и свойств, определенного ти­па обмена веществ. Клетки, через которые осуществляется пре­емственность поколений, - половые при половом размножении и соматические при бесполом - несут в себе только зачатки, возможности развития признаков и свойств. Эти зачатки по­лучили название генов. Ген - это участок молекулы ДНК (или участок хромосомы), определяющий возможность развития отдельного элементарного признака. При наличии в орга­низме (генотипе) какого-либо гена признак, обусловленный этим геном может и не проявиться. Возможность развития признаков в значительной степени зависит от условий внеш­ней среды. У всех организмов данного вида каждый ген рас­полагается в одном и том же месте (или локусе) строго опре­деленной хромосомы. Гаплоидный и диплоидный набор хро­мосом. Аллельные гены и множественный аллелизм. Генотип и фенотип.

Законы Менделя. Гибридное потомство. Явление преобла­дания у гибрида признака одного из родителей Мендель назвал доминированием. Признак - доминантный. Подавляемый - ре­цессивный. Гомозиготный и гетерозиготный организмы. Не­полное доминирование. Явление расщепления.

Гипотеза чистоты гамет. Анализирующее скрещивание. Сцепленное наследование генов - явление совместного наследо­вания генов, локализованных в одной хромосоме, а локализа­ция генов в одной хромосоме - сцеплением генов.

Генетика определения пола. Хромосомы, одинаковые у обоих полов, называются аутосомами. Половые хромосомы -те, по которым мужской и женский полы отличаются друг от друга. Гомогаметный XX. Гетерогаметный ХУ. Наследование, сцепленное с полом.

Методы генетических исследований: гибридологический метод (метод скрещивания); цитогенетический метод; генеало­гический метод; близнецовый метод.

Закономерности изменчивости. Изменчивость - процесс, отражающий взаимосвязь организма с внешней средой (генотипическая и модификационная). Наследственные измене­ния - мутации. Изменения, вызванные факторами внешней сре­ды, не являются наследственными. Степень варьирования при­знака называется нормой реакции. Гомологические ряды Вави­лова.