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

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

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

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

4.1.3. Има ли фундаментални разлики между асексуалното и сексуалното размножаване?

4.1.4. Сравнете митозата и мейозата, подчертайте приликите и разликите.

4.1.5. Какво е биологично значениемейоза?

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 етапиразвитие: 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 представлява 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. Маркирайте структурните елементи на зародишните клетки на бозайници, означени с цифри.

4.2.6. Каква е същността на двойното торене при цъфтящи растения? Разгледайте чертежа и маркирайте елементите, обозначени с номера.
4.2.7. Как се различава разцепването от нормалното клетъчно делене?

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

4.2.9.Как и къде става имплантирането на ембриона?

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

4.3. Подгответе отчет за извършената работа.

5.1. Заглавие и цел на работата.

5.2. Изпълнени задачи.

5.3. Отговори на въпроси за сигурност.

Контролни въпроси.

6.1. Какъв процес поддържа съществуването органичен святНа земята?

Ключови въпроси

Какви предимства и недостатъци носи половото размножаване на отделни индивиди и цели видове животни?

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

Какво е мутация?

Как хомоложните хромозоми влизат в мейозата?

Какво е конюгиране хомоложни хромозомив мейозата и как се случва?

Какво е партеногенеза? Как протича партеногенезата в пчелните популации?

2.1. Значението на сексуалното размножаване е, че то е един от основните фактори за променливостта на чертите, 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 могат да се размножават по безполов път. Не е възможно веднага да се отговори защо това се случва, тъй като безполовото размножаване е изключително ефективно.

Защо хиляди и хиляди видове организми са избрали по-рискован метод на размножаване, свързан с образуването на мъжки и женски репродуктивни клетки и тяхното сливане 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 обосновка на някои видове сексуално размножаване. Например, когато женска богомолка, стимулирайки мъжкия да се чифтосва, отхапе главата му. Но въпреки сложния и дори рисков характер на половото размножаване, това е надежден метод, който гарантира успешно развитиевидове в постоянно променящ се заобикаляща среда. Защо? Тъй като сексуалното размножаване произвежда милиони уникални комбинации от генетичен материал от двама неидентични родители, като по този начин се постига разнообразие в бъдещите поколения. Някои от комбинациите може да са просто необходими за поддържане жизнеспособността на видовете при променени условия на околната среда. При безполово размножаване организмите нямат същата 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 възпроизвеждат и населяват отново района.

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

Наследствена промяна в структурата на ДНК молекулата, като промяна, причинена от радиация, се нарича мутация. Такива промени по същество са необратими и всички клетки или организми, които възникват от мутантните клетки, ще понесат тези промени. При организми, които се размножават безполово, мутацията е внезапна промяна (полезна или вредна за организма), която ще бъде предадена на следващите поколения. Добре е, ако тази промяна е полезна; ако е вредно, тогава потомството на мутанта обикновено умира. Въпреки това организмите, които се размножават по полов път, 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 разнообразие в организмите и предотвратява появата на внезапни промени (мутации) за кратък период от време.

2.3. Сексуалното размножаване включва рекомбинация на хромозомна ДНК

Генетичната информация се съдържа в усукани фиброзни структуриклетъчно ядро, нар хромозоми. Преди много години беше забелязано, че броят на хромозомите в клетките обикновено е постоянен. Освен това почти всички клетки в тялото 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, всяка двойка хомоложни хромозоми може да бъде разграничена и обозначена със съответния номер. Чрез различни методиУстановено е, 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 репродуктивни клетки също са много сходни - гаметикоито се наричат изогамети, а процесът на тяхното сливане е изогаметно торене. По този начин се размножават например едноклетъчните камшичести водорасли Chlamidomonas. В този случай полът на партньорите не се обозначава като женски и мъжки, а се означава като видове кръстосване.

При по-сложните организми и в частност при хората разликите между половете са значителни и всеки организъм произвежда характерни гамети, специфични за неговия пол. При животните женската образува макрогамета, неспособна на активно движение, която се нарича яйцеклетка или яйцеклетка. Мъжкият развива малка, подвижна микрогамета или сперма. Макрогамета в висши растениянаричан още яйцеклетка, а микрогаметите в прашеца са ядрата на мъжките клетки на шушулката.

По време на половото размножаване се случва сливането на две гамети, 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 хаплоидния 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 гениталните органи - полови жлези. Женската полова жлеза се нарича мъжки яйчник - тестис. Обикновено мейотичното делене се случва в гонадите, намалявайки наполовина броя на хромозомите. Тук възниква диференциация, по време на която се формират специфичните свойства на яйцеклетката и спермата. В яйцата на някои видове мейотичното делене настъпва след овулация, освобождаване на зародишната клетка от яйчника. Ако яйцето е за бързо развитиенеобходими след оплождането голям запасмакромолекули, тогава спермата трябва да има структури, които осигуряват нейната подвижност (фиг. 2-1).

2.5. Мейозата се състои от две последователни клетъчни деления, водещи до 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 разделяне на ядрото (профаза, прометафаза, метафаза и др.) И цитоплазмата (цитокинеза).

Има обаче няколко основни разлики между тези видове клетъчно делене.

1. При първото мейотично делене двойките хомоложни хромозоми се обединяват и се намират в страничните зони на ядрото. Този процес се нарича хромозомна конюгацияили синапсис (фиг. 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 върху мейотичните хромозоми.

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

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

3. Повечето организми по същество нямат етапи на интерфаза или профаза преди второто мейотично делене.

По време на половото размножаване конюгацията на хомоложни хромозоми изпълнява две основни функции. Първата функция позволява на всички зародишни клетки, образувани по време на процеса на мейоза, да получат една хромозома от всяка хомоложна двойка. Втората функция е, че конюгацията гарантира, че броят на хромозомите е намален точно наполовина (по време на второто мейотично делене) чрез свързване на хомоложни хромозоми в двойки, които се държат като едно цяло. 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 процеса на конюгация, диплоидният набор от репликирани хромозоми се превръща в хаплоиден набор от хромозомни бивалентни 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 разпада на две диади (хромозоми, състоящи се от две хроматиди). След това възниква 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 създават четири от една оригинална клетка. Всеки носи различни комбинации от генетичен материал от своите родители, в резултат на кръстосване, както и независимо отделяне на хромозоми в мейозата.

Неправилно е обаче да се твърди, че във всички случаи на мейоза при животни от една зародишна клетка се образуват четири зародишни клетки. Това е вярно само за. процесът на образуване на сперматозоиди, когато една клетка, която мейотично се дели два пъти, образува четири сперматозоида.

Когато се образуват яйца (овогенеза), всяка клетка произвежда само

едно яйце и две или три малки полярни тела, „клетки от задънена улица“, 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. В едно яйце се натрупват хранителни вещества, които могат да бъдат разделени между четири клетки.

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

По време на процеса на оплождане ядрата на две гамети, всяка от които съдържа хаплоиден набор от хромозоми, се комбинират и по този начин 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 морските безгръбначни като мекотели, морски таралежии звезди, торенето е много неикономичен процес.

Всеки възрастен организъм изразходва огромна енергия, когато образува голям брой яйцеклетки или сперма. Само някои от тях обаче участват в оплождането.

Това се случва, 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 сушата, 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 произвеждат яйцеклетки, които се развиват без оплождане от сперма. 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 поддържа запас от сперма през целия си репродуктивен период. От тези оплодени яйца се развиват диплоидни женски - пчели работнички (и евентуално бъдещи майки). Яйцата, снесени несмлени, се развиват в хаплоидни търтеи.

Спонтанната партеногенеза е характерна и за някои висши животни. Има известни видове гущери и риби, които нямат мъжки. 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 раждат потомство. В някои случаи партеногенетичното развитие на някои яйца може да бъде предизвикано чрез използване на химическа или физиологична стимулация, което е направено за първи път от I. Loeb през 1898 г.

Учебникът отговаря на основното ниво на федералния компонент държавен стандарт общо образованиепо биология и 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. Въпреки това, особеностите на представянето на материала позволяват използването му в последния етап от изучаването на биологията след учебници от всички съществуващи линии.

Какво е значението на микробната селекция за индустрията и селското стопанство?

Биотехнологияе използването на организми, биологични системи или биологични процеси в промишлено производство. Терминът "биотехнология" е широко разпространен от средата на 70-те години. 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, което се основава 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 не само правят възможно получаването на важни за хората продукти, като антибиотици и хормон на растежа, етаноли кефир, но и за създаване на организми с предварително определени свойства много по-бързо, отколкото при използване на традиционните методи за размножаване. Има биотехнологични процеси за пречистване на отпадъчни води, преработка на отпадъци, отстраняване на нефтени разливи във водни тела 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 биотехнологиите са микроорганизмите, които имат сравнително просто организиран геном, кратък жизнен цикъли има голямо разнообразие от физиологични и биохимични свойства.

Една от причините захарен диабете липса на инсулин, хормон на панкреаса, в тялото. Инжекциите на инсулин, изолиран от панкреаса на прасета и говеда, спасяват милиони животи, но водят до алергични реакции при някои пациенти. Оптималното решение би било използването на човешки инсулин. С помощта на методи на генното инженерство генът на човешкия инсулин е вмъкнат в ДНК на Escherichia coli. Бактерията започва активно да синтезира инсулин. През 1982 г. човешкият инсулин става първото фармацевтично лекарство, произведено чрез методите на генното инженерство.

Хормонът на растежа в момента се получава по подобен начин. Човешки ген, вграден в генома на бактерии, 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, с помощта на методите на генното инженерство е възможно да се промени наследственият материал на еукариотните организми. Такива генетично пренаредени организми се наричат трансгененили генетично модифицирани организми (ГМО).

В природата има бактерия, която произвежда токсин, който убива много вредни насекоми. Генът, отговорен за синтеза на този токсин, е изолиран от бактериалния геном и вмъкнат в генома на култивирани растения. Към днешна дата вече са създадени 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, засята 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 извършен 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 експериментите в Канада вече имаха очевидно практическо приложение. Канадски учени въведоха ген от друга риба в генетичния материал на сьомгата, който активира гена на хормона на растежа. Това кара сьомгата да расте 10 пъти по-бързо и да наддава на тегло няколко пъти повече от нормалното.

Клониране.Създаване на множество генетични копия на един индивид с помощта безполово размножаванеНаречен клониране.В редица организми този процес може да се случи естествено; помнете вегетативното размножаване при растенията и фрагментацията при някои животни (§). Ако случайно се откъсне парче от лъча на 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. ХХ 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 жабата албинос. Така за първи път беше показано, че информацията, съдържаща се в ядрото на всяка клетка, е достатъчна за развитието на пълноценен организъм.

Последвалите изследвания, проведени в Шотландия през 1996 г., доведоха до успешното клониране на овцата Доли от епителната клетка на млечната жлеза на майката (фиг. 94).

Клонирането изглежда обещаващ метод в животновъдството. Например при отглеждане на говеда се използва следната техника. На ранна фазаразвитие, когато клетките на ембриона все още не са специализирани, ембрионът се разделя на няколко части. Всеки фрагмент, поставен в приемна (сурогатна) майка, може да се развие в пълноценно теле. По този начин е възможно да се създадат много идентични копия на едно животно с ценни качества.

Ориз. 93. Регенериране на морска звезда от един лъч

Ориз. 94. Клониране на овцата Доли

За специфични цели отделни клетки могат също да бъдат клонирани, създавайки тъканни култури, които могат да растат неограничено дълго време в подходяща среда. Клонираните клетки служат като заместител на лабораторните животни, тъй като могат да се използват за изследване на ефектите на различни вещества върху живите организми. химически вещества, като лекарства.

Използва се при клониране на растения уникална функция растителни клетки. В началото на 60-те години. ХХ век за първи път беше показано, че растителните клетки, дори след достигане на зрялост и специализация, подходящи условияспособни да дадат начало на цяло растение (фиг. 95). Ето защо съвременни методиКлетъчното инженерство позволява да се избират растения на клетъчно ниво, т.е. да се избират не възрастни растения, които имат 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, вграден в трансгенни доматени растения, когато плодът се яде, да мигрира и да бъде интегриран в генома например на бактерии, живеещи в човешките черва? Не може да бъде трансгенен култивирано растение, устойчив на хербициди, болести, суша и други стресови фактори, при кръстосано опрашване със сродни диви растенияпрехвърлят същите тези свойства на плевели? Това няма ли да доведе до „супер плевели“, които много бързо ще колонизират земеделските земи? Дали случайно малките гигантски сьомги не се озовават в открито море и това ще наруши ли 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 човек да преработва живи 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, вредни ефектиНе са регистрирани ГМО от 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 интегриране на чужда ДНК в определени части на генома може да доведе до нарушаване на генната функция. 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 международните документи на ЮНЕСКО, Съвета на Европа и Световната здравна организация (СЗО) подчертават, че всяка промяна в човешкия геном може да бъде извършена само върху соматичните клетки.

Но може би най-сериозните въпроси възникват във връзка с теоретично възможното клониране на хора. Изследванията в областта на клонирането на хора днес са забранени във всички страни, предимно по етични причини. Формирането на човек като индивид се основава не само на наследствеността. То 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 онези условия на възпитание и обучение, които са оформили личността на нейния прототип (донор на ядрото ). 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, чието решение ще определи по-нататъчно развитиетази област на науката. Овцата Доли не беше единственият клонинг, получен от шотландски учени. Имаше няколко десетки клонинги и само Доли остана жива. През последните години подобренията в техниките за клониране позволиха да се увеличи процентът на оцелелите клонинги, но смъртността при тях все още е много висока. Има обаче още по-сериозен проблем с научна точкавизия. Въпреки победното раждане на Доли, истинският й живот остава неясен. биологична възраст, свързани здравословни проблеми и относително ранна смърт. Според учените използването на клетъчно ядро ​​от овца донор на средна възраст, шест години, 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 техники 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.Етичните стандарти вече излизат на преден план. Тези морални заповеди, които човечеството използва от векове, за съжаление не предоставят нови възможности, въведени в живота съвременна 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 става 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 спрямо традиционни методиселекция?

Въпроси за обсъждане

Глава "Организъм"

„Организмът е едно цяло. Разнообразие от организми"

1. Защо мислите, че науката все още не знае? точна сумавидове организми, живеещи на нашата планета?

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

3. Помислете дали могат многоклетъчни организмилипсващи тъкани и органи.

"Метаболизъм и преобразуване на енергия"

1. Как са свързани фотосинтезата и проблемът за осигуряване на храна за населението на света?

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

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

5. Дайте примери за използването на метаболитните характеристики на живите организми в медицината, селско стопанствои други индустрии.

"Възпроизвеждане"

1. Какво според вас е предимството на двойното торене? покритосеменни растенияв сравнение с оплождането при голосеменните?

2. Защо кога вегетативно размножаванеНяма ли разделяне на характерите в потомството на хибридите?

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

4. Организмът се е развил от неоплодено яйце. Дали неговите наследствени характеристики са точно копие на характеристиките на майчиния организъм?

5. Каква форма на размножаване предлага според вас по-добра адаптивносткъм промените в околната среда?

"Индивидуално развитие (онтогенеза)"

1. Защо в началото на развитието от еднакви зародишни клетки се образуват различни тъкани и органи с различни свойства?

2. Какво е значението на развитието с трансформация в адаптацията 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 диплоидността 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 има много повече далтонисти сред мъжете, отколкото сред жените.

5. Смятате ли, че факторите могат външна средада повлияят на развитието на организъм, носещ смъртоносна мутация?

6. Какъв експеримент бихте предложили да поставите, за да докажете генетичната детерминация на поведенческите реакции?

7. Каква според вас е опасността от кръвно-родствените бракове?

8. Помислете какво е особеното при изучаването на наследяването на черти при хората.

9. Защо стопанска дейностчовек увеличава мутагенното влияние на околната среда?

10. Може ли да се появи комбинирана изменчивост при липса на полов процес?

„Основи на селекцията. 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, живеещи на Земята, хората са избрали относително малко видове за опитомяване. Какво мислите, че обяснява това?

4. Хетерозисът обикновено не продължава в следващите поколения и изчезва. Защо се случва това?

5. Смятате ли, че може да се използва масова селекция при отглеждане на животни? Докажете мнението си.

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

7. Какви са перспективите за развитие? Национална икономикадава възможност за използване на трансгенни животни?

8. Може ли съвременното човечество без биотехнологии?

<<< Назад

Напред >>>

Мисля!

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

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

За извършване на половото размножаване са необходими специализирани клетки - гамети,съдържащи единичен (хаплоиден) набор от хромозоми. Когато се слеят (оплождане), 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- възниква в специални органи - половите жлези. При повечето животни мъжките гамети (сперматозоиди) се образуват в тестисите, женските гамети (яйца) в яйчниците. Развитието на яйцата се нарича оогенезаи сперматозоидите - сперматогенеза.

■ Структурата на зародишните клетки. Яйцеклетките са относително големи, неподвижни клетки с кръгла форма. При някои риби, влечуги и птици те съдържат голям запас от хранителни вещества под формата на жълтък и имат размери от 10 mm до 15 cm. Яйцата на бозайниците, включително хората, са много по-малки (0,1-0,3 mm) и жълтъкът. е почти не съдържат.

сперма- 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, които осигуряват тяхната подвижност. Главата на спермата съдържа ядро, съдържащо хромозоми. 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), т.е. живо семе. Яйцето на бозайника е открито през 1827 г. от руския учен К. М. Баер.

■ Образуване 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 през целия живот. При жените образуването на първични зародишни клетки завършва в ембрионалния период, т.е. общият брой яйцеклетки, които жената ще узрее през репродуктивния период, се определя още в ранен стадий на развитие женско 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 съзряване. Третият етап е мейозата. Мейоза - Това е специален метод на клетъчно делене, водещ до намаляване на броя на хромозомите наполовина и до преминаване на клетката от диплоидно състояние към хаплоидно състояние.

Бъдещите гамети на етапа на зреене се разделят два пъти. Клетките, които започват мейоза, съдържат диплоиден набор от вече удвоени хромозоми. По време на две мейотични деления една диплоидна клетка произвежда 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 има четири фази, които също са характерни 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, спирални и придобиват компактни размери. Тогава хомоложните хромозоми са разположени 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 региони, което ще доведе до рекомбинация на наследствената информация и образуването на нови комбинации от бащини и майчини гени в хромозомите на бъдещите гамети. До края на профаза I ядрената обвивка се разрушава.

В метафаза I хомоложните хромозоми са разположени по двойки под формата на бивалентни или тетради, разположени в екваториалната равнина на клетката, а 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 завършва във всяка от двете получени клетки - броят на хромозомите се намалява наполовина и хромозомният набор става хаплоиден. Въпреки това, всяка хромозома все още се състои от две сестрински хроматиди.

В телофазаОбразуват се I клетки, които имат хаплоиден набор от хромозоми и удвояват количеството ДНК.

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

В профаза II ядрената мембрана е разрушена. В метафазата хромозомите се подреждат в екваториалната равнина на клетката, нишките на вретеното се свързват с центромерите на хромозомите. В анафаза II центромери, свързващи сестрински хроматиди, се делят, хроматидите стават независими дъщерни хромозоми и се разпръскват към различни полюси на клетката. Телофаза IIзавършва второто разделение на мейозата.

В резултат на мейозата от една оригинална 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 - предшественици на спермата, които на етапа на формиране придобиват характерния вид на зряла сперма и стават подвижни.

Образуването на сперма при мъжете започва в пубертета. Продължителността на четирите фази на сперматогенезата е около 80 дни. През целия живот тялото на мъжа произвежда огромен брой сперматозоиди - до 10 10 .

Мейотичните деления в оогенезата се характеризират с редица особености. Профаза I завършва в ембрионалния период, т.е. по времето, когато едно момиче се роди, тялото му вече има пълен набор от бъдещи яйца. Останалите събития на мейозата продължават само след като жената достигне пубертета. 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 не се случи сливане със спермата, 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 деца, най-накрая се образуват около 400 яйца.

■ Значението на гаметогенезата. По време на гаметогенезата се образуват зародишни клетки, съдържащи хаплоиден набор от хромозоми, което позволява да се възстанови броят на хромозомите, характерни за вида, по време на оплождането. При липса на мейоза, сливането на гамети би довело до удвояване на 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 намалява до хаплоидния брой (1l), т.е. биологична роляМейозата е да се поддържа постоянен брой хромозоми в течение на поколенията на един вид.

Неблагоприятните условия на околната среда (замръзване, суша, липса на влага, светлина, намалено съдържание на разтворен във вода 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 разнасят от вятъра на неблагоприятни места и не покълват. Неадаптираните организми не оставят потомство. От курса за 10 клас знаем, че изменчивостта е свойство, характерно за всички организми. Промените в организмите под влияние на условията на околната среда се наричат ​​модификационна изменчивост, а промените в гените и хромозомите се наричат ​​мутационна изменчивост. Модифициращата променливост понякога се нарича ненаследствена променливост. Развитието на фенотипа на организма се определя от взаимодействието на неговата наследствена основа - генотип - с условията на околната среда. Със същия генотип, но с различни условияХарактеристиките на развитието на организма (фенотипа му) могат да варират значително. Чрез модификационна променливост, адаптивността към околната среда се увеличава при много индивиди, което може да има важноза опазването и просперитета на вида.
Променливост на модификациятаВъзниква в организми от всички видове под влияние на новите условия на живот, но не се предава по наследство. Причините за това са промените в характеристиките на потомците в нови условия на околната среда и формирането на тяхната годност. Мутацията е изменчивостта на отделните организми, свързана с промяна в генотипа. Следователно мутациите са наследствени и нямат адаптивни свойства.
Естественият подбор в природата протича непрекъснато от векове. Нови характеристики се появяват само в организми, адаптирани към природните условия. Създава се връзка (единство) между организма и околната среда. Ч. Дарвин определя естествения подбор като запазване и възпроизвеждане на индивиди, които са най-пригодни, и смъртта на най-малко пригодните.
Нека да разгледаме примери за организми, борещи се с неблагоприятни условия на околната среда. Както знаете, времето във високите части е студено, с горещи ветрове през лятото, а релефът е неравен, планински и хълмист. Продължителният вятър изсушава почвата и намалява влагата. Растенията в планинските райони са ниски и клекнали. Поради постоянните ветрове всички видове растения (дървета, храсти, трева) са закърнели. По земята се простират плътно преплетени клони на храсти. Животните се придържат към скалите. Пойните птици пеят, докато седят на земята. Пеперудите също летят ниско. Техните тъмни, матови крила абсорбират топлината добре. Паяците не плетат мрежи, а се крият под камъни, в пукнатини в почвата и живеят в стари дупки. Организмите също са адаптирани по различен начин към откритите зони на степта.
Например, въпреки факта, че корените на растенията са добре развити, техните листни остриета са тънки. Кореновата системаперушина - растение, характерно за степни зони, навлиза дълбоко в почвата, а надземните органи образуват храст. През зимата между стъблата на този храст се натрупва сняг, който задържа влагата и осигурява на растението влага през пролетта. С настъпването на топлина тънките листни остриета на растенията могат да се извият с устицата навътре и изпарението намалява.
Всички органи на растенията в сухите места са покрити с меки, малки, подобни на филц косми, така че имат светлосив цвят. Защита от изпарение и слънчеви лъчислужат като меко опушване на листа с косми и восъчно покритие. В горещи условия растенията с големи зелени листа и деликатна коренова система не оцеляват в резултат на естествения подбор.
Растенията в сухи местообитания са способни да се натрупват голям бройвода в тъканите ви. Например, стайно растениекактус (родина - Южна Америка) има сочно стъбло, тъй като в него се натрупва влага. Някои кактуси съдържат до 96% вода. Кактусите с височина 20 м съдържат до 3 хиляди литра вода в стъблата си. Листата им са видоизменени в бодли, а устицата са разположени в стъблото. В този случай листата изпълняват защитна функция, а стъблото - асимилационна. При недостиг на влага лалетата цъфтят много рано през пролетта и плодовете и семената им узряват за кратко време. След като надземните органи изсъхнат, влагата и хранителни веществасе натрупват в луковиците, които след това се използват отново през пролетта за развитие на разсад. Седумът, родиолата и алоето натрупват вода в листата си. Кореновата система на саксаула прониква много дълбоко, до подземни води. Когато има липса на влага, саксаулът отделя млади издънки, като по този начин помага за намаляване на изпарението. По време на големи горещини листата на евкалипта и караганата се обръщат с ръба към светлината. Плодовете на листата на ябълка, слива, грозде, зеле, седум и 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. 20.

Ориз. 20. Борбата за съществуване и нейните форми: 1 - чапли (вътрешновидова борба); 2 - ездач, който снася яйце в гъсеница (междувидова борба); 3 - дървовидна 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 за какъв тип селекция се отнасят; Напишете отговорите си с главни букви: “E” - естествен подбор, “I” - изкуствен подбор.

Сред животните оцеляват и най-приспособените към условията на средата. Гоферите и костенурките спят зимен сън през лятото. Когато и при тях се наблюдава летен зимен сън високи температурии намаляване на влажността на въздуха. По този начин някои видове костенурки се съхраняват в пикочен мехурвода, която при необходимост преминава в кръвта. Животните съхраняват мастни резерви в гърбицата (камилата) и опашката (видовете jerboas), по време на окисляването на които се образува метаболитна вода. Липсата на влага е физически фактор. Селекцията регулира годността на организмите, осигурява запазването на по-издръжливите индивиди и изчезването на слабите.
В подгизналите райони селекцията върви в друга посока. В басейна на река Амазонка тропически гориИма периодични наводнения. По време на наводнение бозайниците, живеещи там, се изкачват на върха на дървото, като по този начин спасяват живота си. Те не се адаптират веднага към околната среда. В резултат на естествения подбор личните характеристики на организма постепенно се предават от поколение на поколение.

Модифицираща (ненаследствена) изменчивост. Мутационна (наследствена) изменчивост.

1. Назовете неблагоприятните природни условия.
2. Дайте примери за растения и животни, приспособени към високопланинските условия.

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

1. В процеса на подбор се повишава издръжливостта на тялото.
2. Новите признаци са вредни за тялото.
3. Започва с развитието на растениевъдството и животновъдството.
4. В резултат на това се образува нов вид.
5. В резултат на това се получават породи и сортове.
6. Процесът е бавен и незабележим.
7. Предвижда се промяна на необходимите характеристики.
8. Процесът продължава от появата на живота на Земята.
9. Новите, появяващи се признаци са полезни за тялото.

Отговорете на следните въпроси, за да консолидирате вашите лабораторни резултати:

Защо разсадът не е еднакъв, не всички са поникнали?

1. Как се адаптира кактус към неблагоприятни 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?