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.