Борба с неблагоприятните условия на околната среда (адаптация). Образуването на зародишни клетки. Мейоза Коя форма на възпроизвеждане осигурява най-добра адаптивност

4.1. Вземете разрешение за работа. За да направите това, отговорете на въпросите:

4.1.1. Възпроизвеждането е най-важното жизнено свойство. Обяснете как се проявява на клетъчно ниво.

4.1.2. Дайте определения оплождане, гаметогенеза, мейоза, онтогенеза.

4.1.3. Има ли фундаментални разлики между безполовото и половото размножаване.

4.1.4. Сравнете митозата и мейозата една с друга, подчертайте приликите и разликите.

4.1.5. Какво е биологичното значение на мейозата?

4.2. Изпълнете задачите.

4.2.1. Използвайки фиг.1., идентифицирайте приликите и разликите между ембрионите на гръбначните животни.

Фиг.1 Сравнение на ембриони на гръбначни Фиг.2.

на различни етапи на развитие: 1-риба,

2-гущер, 3-заек, 4-човек.

4.2.2 Как се формулира биогенетичният закон? Обяснете го с примери.

4.2.3. Обяснете какво е развитиеи как се различава от растеж.

4.2.4. Попълнете таблицата, като поставите знак "+" или "-" в съответната клетка. Посочете типа на развитие, характерен за всеки организъм.

4.2.5. Подпишете структурните елементи на зародишните клетки на бозайниците, обозначени с цифри.

4.2.6. Каква е същността на двойното торене на цъфтящи растения? Разгледайте снимката и маркирайте елементите, обозначени с цифри.
4.2.7. Как разцепването е различно от нормалното клетъчно делене?

4.2.8. Какво гаструлаИ как се формира по време на развитието на ембриона?

4.2.9 Как и къде се извършва имплантирането на ембриона?

4.2.10. Какви тъкани и органи се образуват от зародишните слоеве?

4.3. Подгответе отчет за извършената работа.

5.1. Име и цел на работата.

5.2. Изпълнени задачи.

5.3. Отговори на контролни въпроси.

Тестови въпроси.

6.1. Какъв процес поддържа съществуването на органичния свят на Земята?

Ключови въпроси

Какви са предимствата и недостатъците на сексуалното размножаване за индивиди и цели животински видове?

Коя форма на възпроизвеждане осигурява най-добра адаптивност към промените в околната среда?

Какво е мутация?

Как хомоложните хромозоми влизат в мейозата?

Какво е конюгирането на хомоложни хромозоми в мейозата и как се случва?

Какво е партеногенеза? Как протича партеногенезата в пчелните популации?

2.1. Значението на половото размножаване се състои в това, че то е един от основните фактори за изменчивостта на признаците, някои от които могат да повлияят на оцеляването на организмите.

По-голямата част от организмите, живеещи на Земята - бактерии, растения и животни - се размножават по полов път, въпреки че някои от тях могат да се размножават и безполово. Не е възможно веднага да се отговори защо това се случва, тъй като безполовото размножаване е изключително ефективно.

Защо тогава хиляди и хиляди видове организми са избрали по-рискован начин на размножаване, свързан с образуването на мъжки и женски зародишни клетки и сливането им при подходящи условия? Човек, както никой друг, трябва да разбере всички предимства на този метод, основното от които е, че сексуалното размножаване увеличава оцеляването на видовете. В някои случаи е трудно да се разбере биологичната осъществимост на някои видове сексуално размножаване. Например, когато женската богомолка, стимулирайки мъжкия да се чифтосва, отхапе главата му. Независимо от това, въпреки сложния и дори рисков характер на половото размножаване, то е надежден начин да се гарантира успешното развитие на видовете в постоянно променяща се среда. Защо? Защото при половото размножаване се формират милиони уникални комбинации от генетичен материал, получен от двама неидентични родители и така се постига разнообразие в бъдещите поколения. Някои от комбинациите може да са точно това, което е необходимо за поддържане жизнеспособността на видовете в променящите се условия на околната среда. При безполово размножаване организмите нямат тази способност да се адаптират. Например, когато влажна среда, като например блато, започне постепенно да изсъхва, видовете, обитаващи тази среда, в крайна сметка ще умрат, освен ако оцелелите устойчиви на суша индивиди от тези видове не се размножават и заселят отново района.

2.2. Мутациите могат да променят организми, които се размножават както сексуално, така и безполово

Наследствена промяна в структурата на ДНК молекула, като промяна, причинена от радиация, се нарича мутация. Такива промени по същество са необратими и всички клетки или организми, които възникват от мутантни клетки, ще носят тези промени. При организми, които се размножават безполово, мутацията се появява като внезапна промяна (полезна или вредна за организма), която ще бъде предадена на следващите поколения. Е, ако тази промяна е полезна; ако е вредно, тогава потомството на мутанта обикновено умира. Полово размножаващите се организми обаче получават генетичен материал от двама родители. Следователно мутациите се неутрализират от „нормалния“ генетичен материал на партньора. По този начин сексуалното размножаване в крайна сметка осигурява разнообразието на организмите и противодейства на появата на резки промени (мутации) за кратък период от време.

2.3. Сексуалното размножаване включва рекомбинация на хромозомна ДНК

Генетичната информация се съдържа в усукани, влакнести структури в клетъчното ядро, т.нар хромозоми. Преди много години беше забелязано, че броят на хромозомите в клетките обикновено е постоянен. Освен това почти всички клетки в един организъм имат еднакъв брой хромозоми и този брой характеризира всички организми от даден вид. Беше отбелязано, че хромозомите в повечето случаи са представени по двойки - две хромозоми с еднакъв размер и форма съдържат подобни гени. Такива хромозоми се наричат хомоложни.

Чрез изследване на 46 човешки хромозоми е възможно да се разграничи всяка двойка хомоложни хромозоми и да се обозначи със съответния номер. Установено е с различни методи, че по време на развитието на нов организъм всяка двойка негови хомоложни хромозоми включва по една хромозома от всеки родител. За удобство се нарича пълният набор от хромозоми в клетка диплоиден. Хаплоидният набор от хромозоми е половината от този брой, т.е. включва една хромозома от всички двойки. Всеки родител допринася с хаплоиден набор от хромозоми при оплождането.

2.4. Хромозомите се предават от поколение на поколение в ядрата на специализирани полови клетки, наречени гамети.

При простите организми почти няма полови различия. Техните полови клетки са много сходни - гамети, които носят името изогамети, и процесът на тяхното сливане - изогаметно торене. По този начин се размножават например едноклетъчните флагеларни водорасли Chlamidomonas. Полът на партньорите в този случай не е обозначен като женски и мъжки, но се говори за него кръстосани видове.

При по-сложните организми и в частност при хората разликите между половете са значителни и всеки организъм образува характерни гамети, специфични за своя пол. При животните женската образува макрогамета, неспособна на активно движение, която се нарича яйцеклетка или яйцеклетка. Мъжкият развива малка подвижна микрогамета или сперматозоид. Макрогаметата при висшите растения се нарича още яйцеклетка, докато микрогаметите при прашеца са ядрата на клетките на мъжкото огнище.

В процеса на сексуално размножаване две гамети се сливат, но броят на хромозомите във всеки вид остава постоянен във всички поколения. Следователно, очевидно трябва да има механизъм, в резултат на който нормалният диплоиден набор от хромозоми на всеки родител се редуцира до хаплоиден набор в гамети. Този механизъм се нарича мейоза и е част от гаметогенезата - процеса на образуване на гамети.

При многоклетъчните животни гаметите се образуват в гениталиите - полови жлези. Женската полова жлеза се нарича мъжки яйчник. тестис. Обикновено мейотичното делене се случва в гонадите, намалявайки наполовина набора от хромозоми. Тук настъпва диференциация, по време на която се формират специфичните свойства на яйцето и спермата. В яйцата на някои видове мейотичното делене настъпва след овулация, освобождаването на зародишната клетка от яйчника. Ако яйцеклетката се нуждае от голям запас от макромолекули за бързо развитие след оплождането, тогава сперматозоидът трябва да има структури, които осигуряват неговата подвижност (фиг. 2-1).

2.5. Мейозата се състои от две последователни клетъчни деления, завършващи с образуването на гамети, всяка от които има хаплоиден набор от хромозоми.

На пръв поглед и двете специализирани клетъчни деления, които се случват в мейозата, са подобни на митотичните деления. Мейозата, подобно на митозата, включва същите етапи на ядрено делене (профаза, прометафаза, метафаза и др.) И цитоплазма (цитокинеза).

Има обаче няколко основни разлики между тези видове клетъчно делене.

1. При първото мейотично разделение двойки хомоложни хромозоми се комбинират и се намират в страничните зони на ядрото. Този процес се нарича конюгиране на хромозомиили синапсис (Фигура 2-3).

2. Генетичният материал се възпроизвежда само веднъж по време на две мейотични деления. По време на конюгацията генетичният материал се обменя между хомоложни хромозоми, или пресичане. Фигура 2-2 схематично показва как се осъществява кросинговърът в мейотичните хромозоми.

Кросиноувърът е широко разпространен и много важен фактор, който допринася за появата на генетична променливост по време на половото размножаване. Мейотичните хромозоми имат специфична структура, наречена конюгационен комплекс, който е вероятно да извърши този процес.

Вярно е, че остава неизвестно как става сближаването на хомоложните хромозоми.

3. Повечето организми по същество нямат интерфазен или профазен стадий преди второто мейотично делене.

При половото размножаване конюгацията на хомоложни хромозоми изпълнява две основни функции. Първата функция позволява на всички зародишни клетки, образувани по време на мейозата, да получат една хромозома от всяка хомоложна двойка. Втората функция е, че конюгацията гарантира, че броят на хромозомите е точно наполовина (по време на второто мейотично делене) чрез свързване на хомоложни хромозоми в двойки, които се държат като едно. Тъй като всяка от сдвоените хомоложни хромозоми е била предварително репликирана и следователно се състои от две хроматиди, тези двойки се наричат хроматидни тетради или хромозомни биваленти. По време на конюгацията диплоиден набор от репликирани хромозоми се превръща в хаплоиден набор от бивалентни хромозоми или хроматидни тетради.. По време на второто мейотично делене тези двувалентни вещества се разделят на две части, образувайки гамети с хаплоиден брой хромозоми.

Конюгирането на хомоложни хромозоми се случва в профазата на първото мейотично делене. Получените тетради се придвижват към екваториалната равнина, прикрепват се към влакната на вретеното и след това всяка се разделя на две диади (хромозоми, състоящи се от две хроматиди). След това настъпва цитокинеза и се образуват две клетки с хаплоиден брой диади. При второто мейотично делене всяка от тези клетки се дели без репликация на генетичен материал. При второто мейотично делене те се разделят и образуват монади, като по този начин от една оригинална клетка се образуват четири. Всеки носи различни комбинации от родителски генетичен материал в резултат на кръстосване, както и независимо отделяне на хромозоми по време на мейоза.

Въпреки това е неправилно да се каже, че във всички случаи на мейоза при животни четири се образуват от една зародишна клетка. Това е вярно само за. процесът на образуване на сперматозоиди, когато една клетка, която мейотично се дели два пъти, произвежда четири сперматозоида.

По време на образуването на яйцата (овогенезата) всяка клетка произвежда само

едно яйце и две или три малки полярни телца, "мъртви клетки", които не играят съществена роля в по-нататъшното развитие. При оогенезата се образуват не четири малки яйцеклетки, а едно голямо с голям запас от вещества, необходими за развитието му след оплождането. Хранителните вещества, които могат да се споделят между четири клетки, се натрупват в едно яйце.

2.6. Оплождането е процес на комбиниране на мъжки и женски гамети или две изогамети

В процеса на оплождане ядрата на две гамети, всяка от които съдържа хаплоиден набор от хромозоми, се комбинират и по този начин отново се възстановява нормалният диплоиден набор от хромозоми. По време на оплождането може да се използва и друг метод за обмен на генетичен материал.

Например при морски безгръбначни като мекотели, морски таралежи и звезди, оплождането е изключително неикономичен процес.

Всеки възрастен организъм изразходва огромна енергия за образуването на голям брой яйцеклетки или сперматозоиди. Само някои от тях обаче участват в оплождането.

Това е така, защото яйцата, ларвите и малките на тези животни са храна за други видове. Следователно само един процент от оригиналните яйца се развиват до зряла възраст. Въпреки че този метод изисква много енергия, той се използва широко сред различни видове, което доказва неговата висока ефективност.

Много други животни, особено тези, които живеят на земята, са развили методи за вътрешно оплождане, които избягват загубата на зародишни клетки.

2.7. Партеногенезата е развитието на неоплодени яйца

Много организми, в допълнение към сексуалното размножаване, могат да образуват яйца, които се развиват без оплождане от сперматозоиди. Този процес се нарича партеногенеза.

Пчелните колонии се състоят от индивиди, които са се развили чрез полово размножаване, както и от партеногенетични организми. И двете идват от яйца, снесени от пчелната майка. Пчелната майка се чифтосва с търтея само веднъж и след това нейният резерв от сперма се поддържа през целия репродуктивен период. Тези оплодени яйца се развиват в диплоидни женски пчели работнички (и вероятно бъдещи кралици). Яйцата, снесени от неуседналите, се развиват в хаплоидни търтеи.

Спонтанната партеногенеза е характерна и за някои висши животни. Известни разновидности на гущери и риби, които нямат мъже. Женските могат да произвеждат потомство въпреки продължителната изолация от други животни. Често при някои линии пуйки яйцата могат да се развият партеногенетично. Броят на организмите, които достигат зряла възраст, е малък и всички те са женски, които могат да произвеждат потомство. В някои случаи партеногенетичното развитие на някои яйца може да бъде предизвикано чрез прилагане на химична или физиологична стимулация, което за първи път е направено от I. Loeb през 1898 г.

Учебникът отговаря на основното ниво на Федералния компонент на Държавния стандарт за общо образование по биология и е препоръчан от Министерството на образованието и науката на Руската федерация.

Учебникът е предназначен за ученици от 10-11 клас и допълва линията на Н. И. Сонин. Въпреки това, характеристиките на представянето на материала позволяват използването му в последния етап от изучаването на биологията след учебниците на всички съществуващи линии.

Какво е значението на селекцията на микроорганизми за индустрията и селското стопанство?

Биотехнологияе използването на организми, биологични системи или биологични процеси в промишленото производство. Терминът "биотехнология" е широко разпространен от средата на 70-те години на миналия век. XX век, въпреки че от незапомнени времена, човечеството използва микроорганизми в пекарството и винопроизводството, в производството на бира и в производството на сирене. Всяко производство, базирано на биологичен процес, може да се счита за биотехнология. Генното, хромозомното и клетъчното инженерство, клонирането на селскостопански растения и животни са различни аспекти на биотехнологиите.

Биотехнологиите позволяват не само получаването на важни за човека продукти като антибиотици и хормон на растежа, етилов алкохол и кефир, но и създаването на организми с предварително зададени свойства много по-бързо, отколкото при използването на традиционните методи за отглеждане. Има биотехнологични процеси за пречистване на отпадъчни води, преработка на отпадъци, отстраняване на нефтени разливи във водни обекти и производство на гориво. Тези технологии се основават на характеристиките на жизнената активност на определени микроорганизми.

Нововъзникващите съвременни биотехнологии променят нашето общество, отварят нови възможности, но в същото време създават определени социални и етични проблеми.

Генното инженерство.Удобни обекти на биотехнологията са микроорганизми, които имат сравнително просто организиран геном, кратък жизнен цикъл и голямо разнообразие от физиологични и биохимични свойства.

Една от причините за диабета е липсата на инсулин в организма - хормон на панкреаса. Инжекциите на инсулин, изолиран от панкреаса на свине и говеда, спасяват милиони животи, но при някои пациенти водят до развитие на алергични реакции. Оптималното решение би било използването на човешки инсулин. Чрез генно инженерство генът на човешкия инсулин е вмъкнат в ДНК на Escherichia coli. Бактерията започва активно да синтезира инсулин. През 1982 г. човешкият инсулин става първият генетично модифициран фармацевтичен продукт.

Хормонът на растежа в момента се получава по подобен начин. Човешкият ген, вмъкнат в генома на бактериите, осигурява синтеза на хормон, чиито инжекции се използват при лечението на нанизъм и възстановяват растежа на болни деца до почти нормални нива.

Точно както при бактериите, наследственият материал на еукариотните организми също може да бъде променен с помощта на методите на генното инженерство. Тези генетично модифицирани организми се наричат трансгененили генетично модифицирани организми (ГМО).

В природата съществува бактерия, която отделя токсин, който убива много вредни насекоми. Генът, отговорен за синтеза на този токсин, е изолиран от бактериалния геном и интегриран в генома на култивирани растения. Към днешна дата вече са разработени устойчиви на вредители сортове царевица, ориз, картофи и други селскостопански растения. Отглеждането на такива трансгенни растения, които не изискват използването на пестициди, има огромни предимства, тъй като, първо, пестицидите убиват не само вредни, но и полезни насекоми, и второ, много пестициди се натрупват в околната среда и имат мутагенен ефект върху живите организми (фиг. 92).

Ориз. 92. Страни, отглеждащи трансгенни растения. Почти цялата площ с трансгенни култури е заета от генетично модифицирани сортове от четири растения: соя (62%), царевица (24%), памук (9%) и рапица (4%). Вече са създадени сортове трансгенни картофи, домати, ориз, тютюн, цвекло и други култури

Един от първите успешни експерименти за създаване на генетично модифицирани животни е проведен върху мишки, в чийто геном е вмъкнат генът на растежния хормон на плъх. В резултат на това трансгенните мишки растат много по-бързо и в крайна сметка стават два пъти по-големи от нормалните мишки. Ако този опит имаше изключително теоретично значение, тогава опитите в Канада вече имаха ясно практическо приложение. Канадски учени въведоха гена на друга риба в наследствения материал на сьомгата, който активира гена на хормона на растежа. Това доведе до това, че сьомгата расте 10 пъти по-бързо и наддава няколко пъти над нормалното си тегло.

Клониране.Създаването на множество генетични копия на един индивид чрез асексуално размножаване се нарича клониране.В редица организми този процес може да се случи естествено, помнете вегетативното размножаване при растенията и фрагментацията при някои животни (§). Ако парче лъч случайно се откъсне от морска звезда, от него се образува нов пълноценен организъм (фиг. 93). При гръбначните животни този процес не протича естествено.

Първият успешен експеримент за клониране на животни е извършен от изследователя Гърдън в края на 60-те години. 20-ти век в Оксфордския университет. Ученият трансплантира ядро, взето от епителна клетка на червата на жаба албинос, в неоплодено яйце на обикновена жаба, чието ядро ​​преди това е било унищожено. От такова яйце ученият успя да отгледа попова лъжица, която след това се превърна в жаба, която беше точно копие на жаба албинос. Така за първи път беше показано, че информацията, съдържаща се в ядрото на всяка клетка, е достатъчна за развитието на пълноценен организъм.

Последвалите проучвания в Шотландия през 1996 г. доведоха до успешното клониране на овцата Доли от епителни клетки на млечната жлеза (фиг. 94).

Клонирането изглежда обещаващ метод в животновъдството. Например при отглеждане на говеда се използва следната техника. В ранен стадий на развитие, когато клетките на ембриона все още не са специализирани, ембрионът се разделя на няколко части. От всеки фрагмент, поставен в приемна (сурогатна) майка, може да се развие пълноценно теле. По този начин можете да създадете много идентични копия на едно животно с ценни качества.

Ориз. 93. Регенериране на морска звезда от един лъч

Ориз. 94. Клониране на овца Доли

За специални цели могат също да бъдат клонирани единични клетки, създавайки тъканни култури, които в правилната среда могат да растат за неопределено време. Клонираните клетки служат като заместител на лабораторните животни, тъй като могат да се използват за изследване на ефектите върху живите организми на различни химикали, като лекарства.

Клонирането на растения използва уникална характеристика на растителните клетки. В началото на 60-те години. 20-ти век за първи път беше показано, че растителните клетки, дори след достигане на зрялост и специализация, при подходящи условия са в състояние да дадат начало на цяло растение (фиг. 95). Следователно съвременните методи на клетъчно инженерство позволяват да се извършва развъждане на растения на клетъчно ниво, т.е. да се избират не възрастни растения с определени свойства, а клетки, от които след това се отглеждат пълноценни растения.

Ориз. 95. Етапи на клониране на растения (на примера на моркови)

Етични аспекти на развитието на биотехнологиите.Използването на съвременните биотехнологии поставя много сериозни въпроси пред човечеството. Може ли ген, вмъкнат в трансгенни доматени растения, да мигрира и да се интегрира в генома например на бактерии, живеещи в човешките черва, когато плодовете се ядат? Може ли трансгенна култура, устойчива на хербициди, болести, суша и други стресови фактори, когато се опрашва кръстосано със сродни диви растения, да прехвърли същите тези свойства на плевели? Дали това няма да доведе до "суперплевели", които много бързо ще заселят земеделските земи? Дали гигантска пържена сьомга случайно ще се окаже в открито море и ще наруши ли това баланса в естествената популация? Може ли тялото на трансгенните животни да издържи натоварването, което възниква във връзка с функционирането на чужди гени? И има ли право човекът да преработва живите организми за свое добро?

Тези и много други въпроси, свързани със създаването на генетично модифицирани организми, са широко дискутирани от експерти и общественост по света. Специални регулаторни органи и комисии, създадени във всички страни, твърдят, че въпреки съществуващите опасения, не са регистрирани вредни ефекти на ГМО върху природата.

През 1996 г. Съветът на Европа прие Конвенцията за правата на човека при използването на геномни технологии в медицината. Документът се фокусира върху етиката при използването на такива технологии. Твърди се, че никой индивид не може да бъде дискриминиран въз основа на информация за характеристиките на неговия геном.

Въвеждането на чужд генетичен материал в човешки клетки може да има отрицателни последици. Неконтролираното вмъкване на чужда ДНК в определени части от генома може да доведе до разрушаване на гените. Рискът от използване на генна терапия при работа със зародишни клетки е много по-висок, отколкото при използване на соматични клетки. Когато генетичните конструкции се въвеждат в зародишните клетки, може да възникне нежелана промяна в генома на бъдещите поколения. Затова в международните документи на ЮНЕСКО, Съвета на Европа, Световната здравна организация (СЗО) се подчертава, че всяка промяна в човешкия геном може да се извърши само върху соматични клетки.

Но може би най-сериозните въпроси възникват във връзка с теоретично възможното клониране на хора. Изследванията в областта на клонирането на хора вече са забранени във всички страни, главно по етични причини. Формирането на човек като личност се основава не само на наследствеността. Той се определя от семейната, социалната и културната среда, следователно при всяко клониране е невъзможно да се пресъздаде личност, точно както е невъзможно да се възпроизведат всички условия на възпитание и образование, които са формирали личността на нейния прототип (донор на ядро ). Всички основни религиозни деноминации по света осъждат всяка намеса в процеса на човешката репродукция, настоявайки, че зачеването и раждането трябва да се случват по естествен път.

Експериментите с клониране на животни повдигнаха редица сериозни въпроси пред научната общност, от решението на които зависи по-нататъшното развитие на тази област на науката. Овцата Доли не беше единственият клонинг, получен от шотландски учени. Имаше няколко десетки клонинги и само Доли оцеля. През последните години подобренията в техниките за клониране позволиха да се увеличи процентът на оцелелите клонинги, но тяхната смъртност все още е много висока. Има обаче проблем, още по-сериозен от научна гледна точка. Въпреки победното раждане на Доли, нейната реална биологична възраст, свързаните здравословни проблеми и сравнително ранната смърт остават неясни. Според учените използването на клетъчното ядро ​​на възрастна шестгодишна овца донор е повлияло на съдбата и здравето на Доли.

Необходимо е значително да се увеличи жизнеспособността на клонираните организми, за да се установи дали използването на специфични методи влияе върху продължителността на живота, здравето и плодовитостта на животните. Много е важно да се сведе до минимум рискът от дефектно развитие на реконструираната яйцеклетка.

Активното въвеждане на биотехнологиите в медицината и човешката генетика доведе до появата на специална наука - биоетика. Биоетика- наука за етичното отношение към всички живи същества, включително хората.Етиката вече излиза на преден план. Тези морални заповеди, които човечеството използва от векове, за съжаление не предоставят нови възможности, въведени в живота от съвременната наука. Затова хората трябва да обсъждат и приемат нови закони, които да отчитат новите реалности на живота.

Прегледайте въпроси и задачи

1. Какво е биотехнология?

2. Какви проблеми решава генното инженерство? Какви са предизвикателствата, свързани с изследванията в тази област?

3. Защо смятате, че селекцията на микроорганизми в момента е от първостепенно значение?

4. Дайте примери за промишлено производство и използване на отпадъчни продукти от микроорганизми.

5. Какви организми се наричат ​​трансгенни?

6. Какво е предимството на клонирането пред традиционните методи за отглеждане?

Въпроси за обсъждане

Глава "Организъм"

„Тялото е едно цяло. Разнообразие от организми»

1. Защо според вас науката все още не знае точния брой видове организми, живеещи на нашата планета?

2. В клетките на кои организми съществуват органели със специално предназначение? Какви функции изпълняват?

3. Помислете дали многоклетъчните организми може да нямат тъкани и органи.

"Метаболизъм и преобразуване на енергия"

1. Как са фотосинтезата и проблемът с осигуряването на храна за населението на Земята?

2. Обяснете защо яденето на твърде много храна води до затлъстяване.

3. Защо не може да съществува обмен на енергия без обмен на пластмаса?

5. Дайте примери за използването на метаболитните характеристики на живите организми в медицината, селското стопанство и други индустрии.

"Възпроизвеждане"

1. Според вас какво е предимството на двойното оплождане при покритосеменните в сравнение с оплождането при голосеменните?

2. Защо няма разделяне на признаците в потомството на хибридите по време на вегетативното размножаване?

3. Помислете за разликата между естественото вегетативно размножаване и изкуственото.

4. Организмът се е развил от неоплодено яйце. Неговите наследствени характеристики точно копие ли са на характеристиките на тялото на майката?

5. Коя форма на възпроизвеждане според вас осигурява най-добра адаптивност към промените в околната среда?

"Индивидуално развитие (онтогенеза)"

1. Защо от полови клетки, които са еквивалентни в началото на развитието, се образуват различни тъкани и органи с различни свойства?

2. Какво е значението на развитието с трансформация при адаптирането към условията на живот?

3. Какво е значението на удължаването на предрепродуктивния период в човешката еволюция?

4. За кои организми понятията "клетъчен цикъл" и "онтогенеза" съвпадат?

"Наследственост и изменчивост"

1. Какво е предимството на диплоидията пред хаплоидното състояние?

2. Съставете и решете задачи за монохибридно и дихибридно кръстосване.

3. Митохондриите съдържат ДНК, чиито гени кодират синтеза на много протеини, необходими за изграждането и функционирането на тези органели. Помислете как тези извънядрени гени ще бъдат наследени.

4. Обяснете от гледна точка на генетиката защо сред мъжете има много повече далтонисти, отколкото сред жените.

5. Според Вас, могат ли факторите на околната среда да повлияят на развитието на организъм, носител на смъртоносна мутация?

6. Какъв вид експеримент бихте предложили да се постави, за да се докаже генетичната обусловеност на поведенческите реакции?

7. Каква според вас е опасността от тясно свързани бракове?

8. Помислете за особеностите на изучаването на наследяването на черти при хората.

9. Защо стопанската дейност на човека увеличава мутагенното влияние на околната среда?

10. Може ли комбинираната изменчивост да се прояви при липса на полов процес?

Основи на подбора. Биотехнология"

1. Какви са приликите и разликите между методите за отглеждане на растения и животни?

2. Защо всеки регион се нуждае от свои собствени сортове растения и животни?

3. От голямото разнообразие от животински видове, които живеят на Земята, човекът е избрал относително малко видове за опитомяване. Как мислите, че се обяснява това?

4. Хетерозисът в следващите поколения обикновено не се запазва, той избледнява. Защо се случва това?

5. Според вас може ли да се използва масова селекция в животновъдството? Докажете мнението си.

6. Какво е значението за растениевъдството на познаването на центровете на произход на културните растения?

7. Какви са перспективите за развитие на националната икономика отваря използването на трансгенни животни?

8. Може ли съвременното човечество без биотехнологиите?

<<< Назад

Напред >>>

Мисля!

1. Защо няма разделяне на признаците в потомството на хибридите по време на вегетативното размножаване?

3. Коя форма на възпроизвеждане според вас осигурява най-добра адаптивност към промените в околната среда?

За половото размножаване са необходими специализирани клетки. гамети,съдържащи единичен (хаплоиден) набор от хромозоми. Когато се слеят (оплодят), се образува диплоиден набор, в който всяка хромозома има двойка - хомоложна хромозома. Във всяка двойка хомоложни хромозоми една хромозома се получава от бащата, а втората от майката.

Процесът на образуване на зародишни клетки - гаметогенеза- протича в специални органи - половите жлези. При повечето животни мъжките полови клетки (сперматозои) се образуват в тестисите, женските гамети (яйца) - в яйчниците. Развитието на овоцита се нарича овогенеза, и сперматозоиди сперматогенеза.

■ Структурата на зародишните клетки. Ооцитите са относително големи, неподвижни, заоблени клетки. При някои риби, влечуги и птици те съдържат голям запас от хранителни вещества под формата на жълтък и варират по размер от 10 мм до 15 см. Яйцата на бозайниците, включително хората, са много по-малки (0,1-0,3 мм) и жълтък практически не съдържа.

сперматозоиди- малки подвижни клетки, при човека тяхната дължина е само около 60 микрона. В различните организми те се различават по форма и размер, но като правило всички сперматозоиди имат глава, шия и опашка, което осигурява тяхната подвижност. В главата на сперматозоида се намира ядрото, съдържащо хромозомите. Митохондриите са концентрирани в шийката, които осигуряват енергия на движещите се сперматозоиди.

Сперматозоидите са описани за първи път от холандския натуралист А. Льовенхук през 1677 г. Той въвежда и този термин - сперма (от гръцки sperma - семе и zoon - живо същество), тоест живо семе. Яйцето на бозайника е открито през 1827 г. от руския учен К. М. Баер.

■ Образуването на зародишни клетки. Развитието на зародишните клетки се разделя на няколко етапа: размножаване, растеж, съзряване, а в процеса на сперматогенезата се разграничава и етапът на формиране.

етап на размножаване. На този етап клетките, които образуват стените на половите жлези, активно се делят чрез митоза, образувайки незрели зародишни клетки. Този етап при мъжете започва с началото на пубертета и продължава почти цял живот. При жените образуването на първични зародишни клетки е завършено още в ембрионалния период, т.е. общият брой яйцеклетки, които жената ще узрее през репродуктивния период, се определя още на ранен етап от развитието на женското тяло. На етапа на възпроизвеждане първичните зародишни клетки, както всички други клетки на тялото, са диплоидни.

етап на растеж.На етапа на растеж, който е много по-добре изразен в оогенезата, има увеличаване на цитоплазмата на клетките, натрупване на необходимите вещества и редупликация на ДНК (удвояване на хромозомите).

етап на зреене. Третият етап е мейозата. Мейоза - Това е специален начин на клетъчно делене, водещ до намаляване наполовина на броя на хромозомите и преход на клетката от диплоидно състояние към хаплоидно.

Бъдещите гамети на етапа на съзряване се разделят два пъти. Клетките, които започват мейоза, съдържат диплоиден набор от вече удвоени хромозоми. В процеса на две мейотични деления от една диплоидна клетка се образуват четири хаплоидни клетки.

Мейозата се състои от две последователни деления, предшествани от едно дублиране на ДНК, извършено по време на етапа на растеж. Във всяко разделение на мейозата се разграничават четири фази, които са характерни и за митозата (профаза, метафаза, анафаза, телофаза), но се различават по някои признаци.

Профазата на първото мейотично делене (профаза I) е много по-дълга от профазата на митозата. По това време удвоените хромозоми, всяка от които вече се състои от две сестрински хроматиди, спирализират и придобиват компактен размер. След това хомоложните хромозоми се подреждат успоредно една на друга, образувайки така наречените бивалентни или тетради, състоящи се от две хромозоми (четири хроматиди). Между хомоложните хромозоми може да възникне обмен на съответните хомоложни области, което ще доведе до рекомбинация на наследствена информация и образуване на нови комбинации от бащини и майчини гени в хромозомите на бъдещи гамети. До края на профаза I ядрената обвивка се разрушава.

В метафаза I хомоложните хромозоми по двойки под формата на бивалентни или тетради са разположени в екваториалната равнина на клетката и към техните центромери са прикрепени нишки на вретено.

в анафаза I хомоложни хромозоми от двувалентната (тетрада) се отклоняват към полюсите. Следователно само една от всяка двойка хомоложни хромозоми попада във всяка от двете получени клетки - броят на хромозомите се намалява наполовина, наборът от хромозоми става хаплоиден. Въпреки това, всяка хромозома все още се състои от две сестрински хроматиди.

в телофаза I се образуват клетки, които имат хаплоиден набор от хромозоми и двойно количество ДНК.

След кратък период от време клетките започват второто мейотично делене, което протича като типична митоза, но се различава по това, че участващите в него клетки са хаплоидни.

в профаза II, ядрената обвивка е унищожена. В метафазата хромозомите се подреждат в екваториалната равнина на клетката, вретенообразните влакна се свързват с центромерите на хромозомите. в анафаза II центромери, свързващи сестрински хроматиди, се разделят, хроматидите стават независими дъщерни хромозоми и се отклоняват към различни полюси на клетката. Телофаза IIзавършва второто делене на мейозата.

В резултат на мейозата от една първоначална диплоидна клетка, съдържаща удвоени ДНК молекули, се образуват четири хаплоидни клетки, всяка хромозома от които се състои от една ДНК молекула.

По време на сперматогенезата на етапа на узряване в резултат на мейозата се образуват четири идентични клетки - предшествениците на сперматозоидите, които на етапа на формиране придобиват характерния вид на зрял сперматозоид и стават подвижни.

Образуването на сперма при мъжете започва в пубертета. Продължителността на четирите фази на сперматогенезата е около 80 дни. За цял живот в тялото на мъжа се образува огромно количество сперматозоиди - до 10 10.

Мейотичните деления в оогенезата се характеризират с редица особености. Профаза I завършва дори в ембрионалния период, тоест по времето, когато момичето се роди, тялото й вече има пълен набор от бъдещи яйца. Останалите събития на мейозата продължават само след пубертета при жената. Всеки месец в един от яйчниците на жената продължава да се развива една от клетките, които са спрели да се делят.

В резултат на първото деление на мейозата се образува голяма клетка - предшественик на яйцеклетката и малко, т. нар. полярно телце, които влизат във второто деление на мейозата. На етапа на метафаза II предшественикът на яйцеклетката овулира, т.е. напуска яйчника в коремната кухина, откъдето навлиза в яйцепровода. Ако настъпи оплождане, второто мейотично делене завършва - образуват се зряла яйцеклетка и второ полярно телце. Ако сливането със спермата не се случи, клетката, която не е завършила деленето, умира и се изхвърля от тялото.

Полярните тела служат за премахване на излишния генетичен материал и преразпределение на хранителните вещества в полза на яйцето. Известно време след разделянето те умират.

Въпреки факта, че в женския ембрион се снасят много яйца, само няколко от тях узряват. По време на репродуктивния период, тоест когато жената е способна да ражда, най-накрая се образуват около 400 яйцеклетки.

■ Значение на гаметогенезата. По време на гаметогенезата се образуват зародишни клетки, съдържащи хаплоиден набор от хромозоми, което прави възможно възстановяването на броя на хромозомите, характерни за вида, по време на оплождането. При липса на мейоза, сливането на гамети би удвоило броя на хромозомите във всяко следващо поколение в резултат на сексуално размножаване. Това не се случва поради наличието на специален процес - мейоза, по време на който диплоидният брой хромозоми (2l) се редуцира до хаплоиден (1l), т.е. биологичната роля на мейозата е да поддържа постоянството на броя на хромозомите. в редица поколения на вида.

Неблагоприятните условия на околната среда (замръзване, суша, липса на влага, светлина, намаляване на съдържанието на разтворен във водата кислород и др.) Пречат на нормалното функциониране на организмите. При силни студове се увеличава вероятността от смърт сред животните, живеещи в почвата (къртици, земни червеи). През зимата, при липса на разтворен във вода кислород, водните животни и рибите умират. Семената на растенията се пренасят от вятъра на неблагоприятни места и не покълват. Неадаптираните организми не оставят потомство. От курса за 10 клас е известно, че променливостта е свойство, характерно за всички организми. Промяната в организмите под влияние на условията на околната среда се нарича модификационна вариабилност, а промяната в гените и хромозомите се нарича мутационна вариабилност. Модификационната променливост понякога се нарича ненаследствена променливост. Развитието на фенотипа на организма се определя от взаимодействието на неговата наследствена основа - генотип - с условията на външната среда. При един и същ генотип, но при различни условия на развитие, признаците на даден организъм (фенотипът му) могат да варират значително. Чрез модификационната променливост много индивиди повишават адаптивността към околната среда, което може да бъде важно за опазването и просперитета на вида.
Модификационната променливост възниква в организмите на всички видове под влияние на новите условия на живот, но не се предава по наследство. Причините за това се крият в промяната на признаците на потомците в нови условия на околната среда и формирането на годност в тях. Мутация - променливостта на отделните организми, свързана с промяна в генотипа. Следователно мутациите са наследствени и нямат адаптирани свойства.
Естественият подбор в природата протича непрекъснато от векове. Нови признаци се появяват само в организми, адаптирани към условията на природата. Създава се връзка (единство) между организма и околната среда. Ч. Дарвин определя естествения подбор като запазване и размножаване на най-пригодните индивиди и смъртта на най-малко пригодените.
Помислете за примери за борбата на организмите с неблагоприятни условия на околната среда. Както знаете, времето във високите части е студено, със знойни ветрове през лятото, а релефът е неравен, планински и хълмист. Продължителният вятър изсушава почвата, намалява влагата. Растенията на планинските места са ниски, клекнали. Поради постоянните ветрове всички видове растения (дървесни, храстови, тревни) са маломерни. По земята се простират плътно преплетени клони на храсти. Животните се вкопчват в камъните. Пойните птици пеят, докато седят на земята. Пеперудите също летят ниско. Техните тъмни, тъмни крила абсорбират топлината добре. Паяците не тъкат паяжини, а се крият под камъни, в пукнатини на почвата, живеят в стари дупки. Организмите също са адаптирани по различни начини към открития терен на степта.
Например, въпреки факта, че корените на растенията са добре развити, техните листни остриета са тънки. Кореновата система на перушина, типично за степните зони растение, навлиза дълбоко в почвата, а надземните органи образуват храст. През зимата между стъблата на този храст се натрупва сняг, който задържа влагата, а през пролетта осигурява на растението влага. С настъпването на топлина тънките листни остриета на растенията могат да се извият с устицата навътре и изпарението намалява.
Всички органи на растения от сухи места са покрити с меки, малки, филцови косми, така че имат светлосив цвят. Защитата от изпарение и слънчева светлина е меко опушване на листа с косми, восъчно покритие. При горещи условия растенията с големи зелени листа и деликатни коренови системи не оцеляват в резултат на естествения подбор.
Растенията от сухи местообитания са способни да натрупват големи количества вода в тъканите си, за да запазят живота. Например, стайно растение кактус (родина - Южна Америка) има сочно стъбло, тъй като в него се натрупва влага. Някои кактуси съдържат до 96% вода. Кактусите с височина 20 м в стъблото съдържат до 3 хиляди литра вода. Листата им са видоизменени в бодли, а устицата са разположени в стъблото. В същото време листата изпълняват защитна функция, а стъблото - асимилация. При липса на влага лалетата цъфтят много рано през пролетта и за кратко време плодовете и семената им узряват. След изсъхване на надземните органи в луковиците се натрупват влага и хранителни вещества, които след това отново се използват през пролетта за развитие на разсад. Стонекроп, родиола, алое натрупват запас от вода в листата. Кореновата система на саксаула прониква много дълбоко, до подземните води. При липса на влага саксаулът изхвърля млади издънки, като по този начин спомага за намаляване на изпарението. По време на силната топлина на евкалипта листата на карагана се обръщат от край до край към светлината. Плодовете на ябълка, слива, грозде, зелеви листа, камък, фикус са покрити с водоустойчив восъчен налеп. Корковият слой, разположен под кората на дърветата (дъб, бреза и др.), Предпазва от влага и температурни промени. Видовете борба за съществуване са представени на фиг. двадесет.

Ориз. 20. Борба за съществуване и нейните форми: 1 - чапли (вътрешновидова борба); 2 - ездач, който снася яйце в гъсеница (междувидова борба); 3 - дърво юка, расте в горещите пустини на Мексико, където падат не повече от 125 mm валежи годишно (борба с неблагоприятни условия на живот)
Прочетете въпросите и отговорете какъв тип селекция са; Въведете отговорите с главни букви: "E" - естествен подбор, "I" - изкуствен подбор.

Сред животните оцеляват и най-адаптираните към условията на околната среда. Gophers, костенурките спят зимен сън през лятото. Лятна хибернация се наблюдава при тях при твърде високи температури и намаляване на влажността на въздуха. И така, някои видове костенурки съхраняват вода в пикочния мехур, която, ако е необходимо, преминава в кръвта. Животните съхраняват мазнини в гърбицата (камилата), опашката (видовете jerboas), окисляването на които произвежда метаболитна вода. Липсата на влага се отнася до физически фактор. Селекцията регулира адаптивността на организмите, осигурява запазването на по-издръжливите индивиди и изчезването на слабите.
В подгизналите места селекцията върви в друга посока. В тропическите гори на Амазонка има случайни наводнения. По време на наводнение бозайниците, живеещи там, се изкачват на върха на дървото, като по този начин запазват живота си. Адаптирането към околната среда не се появява веднага. В резултат на естествения подбор личните характеристики на организма постепенно се предават от поколение на поколение.

Модификационна (ненаследствена) променливост. Мутационна (наследствена) изменчивост.

1. Назовете неблагоприятните природни условия.
2. Дайте примери за растения и животни, адаптирани към условия на голяма надморска височина.

1. Как са адаптирани растенията към равнинен терен?
2. Обяснете как пустинните растения се предпазват от неблагоприятни условия на околната среда.
3. Назовете животните, които спят зимен сън през лятото, обяснете причините.
4. Сравнете естествения и изкуствения подбор.

1. В процеса на селекция се повишава издръжливостта на организма.
2. Новите признаци са вредни за тялото.
3. Произхожда от развитието на растениевъдството и животновъдството.
4. Резултатът е нов вид.
5. В резултат на това се получават породи и сортове.
6. Процесът е бавен и незабележим.
7. Предвижда се промяна на необходимите функции.
8. Процесът продължава непрекъснато от възникването на живота на Земята.
9. Новите, появяващи се признаци са полезни за тялото.

Отговорете на следните въпроси, за да консолидирате резултатите от лабораторната работа:

Защо издънките не са еднакви, не всички са поникнали?

1. Как кактусът е адаптиран към неблагоприятните условия на околната среда?

Каква е причината?

1. Какви са характеристиките на алоето, как се различава от кактуса?
2. По какви признаци и промени в растенията от сухи местообитания (zhuzgun, saxaul, shingil) може да се определи техният тип борба срещу неблагоприятните
   условия на околната среда?