Lupta împotriva condițiilor nefavorabile de mediu (adaptare). Formarea celulelor germinale. Meioza Care formă de reproducere oferă cea mai bună adaptabilitate

4.1. Obțineți permisiunea de a lucra. Pentru a face acest lucru, răspunde la întrebări:

4.1.1. Reproducerea este cea mai importantă proprietate a vieții. Explicați cum se manifestă la nivel celular.

4.1.2. Dați definiții fertilizarea, gametogeneza, meioza, ontogenia.

4.1.3. Există diferențe fundamentale între reproducerea asexuată și cea sexuală?

4.1.4. Comparați mitoza și meioza între ele, evidențiați asemănările și diferențele.

4.1.5. Care este semnificația biologică a meiozei?

4.2. Finalizați sarcini.

4.2.1. Folosind Fig.1., identificați asemănările și diferențele dintre embrionii de vertebrate.

Fig.1.Comparația embrionilor de vertebrate Fig.2.

în diferite stadii de dezvoltare: 1-pește,

2-soparla, 3-iepuri, 4-om.

4.2.2 Cum este formulată legea biogenetică? Explicați-l cu exemple.

4.2.3. Explica ce este dezvoltareși cum diferă de creştere.

4.2.4. Completați tabelul punând semnul „+” sau „-” în celula corespunzătoare. Precizați tipul de dezvoltare caracteristic fiecărui organism.

4.2.5. Semnează elementele structurale ale celulelor germinale de mamifere, indicate prin numere.

4.2.6. Care este esența fertilizării duble a plantelor cu flori? Privește imaginea și etichetează elementele indicate prin numere.
4.2.7. Cum este clivajul diferit de diviziunea celulară normală?

4.2.8. Ce gastrulaȘi cum se formează în timpul dezvoltării embrionului?

4.2.9 Cum și unde are loc implantarea embrionului?

4.2.10. Ce țesuturi și organe se formează din straturile germinale?

4.3. Întocmește un raport cu privire la munca depusă.

5.1. Numele și scopul lucrării.

5.2. Sarcini finalizate.

5.3. Răspunsuri la întrebările de control.

Întrebări de testare.

6.1. Ce proces menține existența lumii organice pe Pământ?

Întrebări cheie

Care sunt avantajele și dezavantajele reproducerii sexuale pentru indivizi și specii de animale întregi?

Care formă de reproducere oferă cea mai bună adaptabilitate la schimbările de mediu?

Ce este o mutație?

Cum intră cromozomii omologi în meioză?

Care este conjugarea cromozomilor omologi în meioză și cum are loc?

Ce este partenogeneza? Cum are loc partenogeneza în populațiile de albine?

2.1. Semnificația reproducerii sexuale constă în faptul că este unul dintre principalii factori în variabilitatea trăsăturilor, dintre care unele pot afecta supraviețuirea organismelor.

Marea majoritate a organismelor care trăiesc pe Pământ - bacterii, plante și animale - se reproduc sexual, deși unele dintre ele se pot reproduce asexuat. Nu este imediat posibil să răspundem de ce se întâmplă acest lucru, deoarece reproducerea asexuată este extrem de eficientă.

De ce, atunci, mii și mii de specii de organisme au ales o metodă de reproducere mai riscantă, asociată cu formarea celulelor germinale masculine și feminine și fuziunea lor în condiții adecvate? O persoană, ca nimeni altcineva, ar trebui să înțeleagă toate avantajele acestei metode, principala dintre acestea fiind că reproducerea sexuală crește supraviețuirea speciilor. În unele cazuri, este dificil de înțeles fezabilitatea biologică a anumitor tipuri de reproducere sexuală. De exemplu, când femela mantis rugător, stimulând masculul să se împerecheze, îi mușcă capul. Cu toate acestea, în ciuda naturii complexe și chiar riscante a reproducerii sexuale, este o modalitate fiabilă de a asigura dezvoltarea cu succes a speciilor într-un mediu în continuă schimbare. De ce? Pentru că în timpul reproducerii sexuale se formează milioane de combinații unice de material genetic, obținute de la doi părinți neidentici, și astfel se realizează diversitatea în generațiile viitoare. Unele dintre combinații pot fi exact ceea ce este necesar pentru a menține viabilitatea speciilor în condiții de mediu în schimbare. Cu reproducerea asexuată, organismele nu au această capacitate de adaptare. De exemplu, atunci când un mediu umed, cum ar fi o mlaștină, începe să se usuce treptat, speciile care locuiesc în acel mediu vor muri în cele din urmă, cu excepția cazului în care indivizii supraviețuitori toleranți la secetă din acele specii se reproduc și repopulează zona.

2.2. Mutațiile pot schimba organismele care se reproduc atât sexual, cât și asexuat

O modificare moștenită a structurii unei molecule de ADN, cum ar fi o modificare cauzată de radiații, se numește mutaţie. Astfel de modificări sunt în esență ireversibile și toate celulele sau organismele care apar din celulele mutante vor purta aceste modificări. La organismele care se reproduc asexuat, o mutație apare ca o schimbare bruscă (benefică sau dăunătoare pentru organism) care va fi transmisă generațiilor ulterioare. Ei bine, dacă această modificare este utilă; dacă este dăunător, atunci descendenții mutantului mor de obicei. Cu toate acestea, organismele care se reproduc sexual primesc material genetic de la doi părinți. Prin urmare, mutațiile sunt neutralizate de materialul genetic „normal” al partenerului. Astfel, reproducerea sexuală asigură în cele din urmă diversitatea organismelor și contracarează apariția unor schimbări bruște (mutații) într-o perioadă scurtă de timp.

2.3. Reproducerea sexuală implică recombinarea ADN-ului cromozomial

Informațiile genetice sunt conținute în structuri fibroase răsucite din nucleul celular numit cromozomii. Cu mulți ani în urmă s-a observat că numărul de cromozomi din celule este de obicei constant. Mai mult, aproape toate celulele dintr-un organism au același număr de cromozomi, iar acest număr caracterizează toate organismele dintr-o anumită specie. S-a remarcat că cromozomii în majoritatea cazurilor sunt prezentați în perechi - doi cromozomi de aceeași dimensiune și formă conțin gene similare. Astfel de cromozomi se numesc omolog.

Prin examinarea a 46 de cromozomi umani, este posibil să distingem fiecare pereche de cromozomi omologi și să le desemnăm cu numărul corespunzător. S-a stabilit prin diferite metode că, în timpul dezvoltării unui nou organism, orice pereche de cromozomi omologi include câte un cromozom de la fiecare părinte. Pentru comoditate, setul complet de cromozomi dintr-o celulă este numit diploid. Setul haploid de cromozomi este jumătate din acest număr, adică include un cromozom din toate perechile. Fiecare părinte contribuie cu un set haploid de cromozomi la fertilizare.

2.4. Cromozomii se transmit din generație în generație în nucleele celulelor sexuale specializate numite gameți.

În organismele simple, aproape nu există diferențe sexuale. Celulele lor sexuale sunt foarte asemănătoare - gameti, care poartă numele izogameteși procesul de fuziune a acestora - fertilizarea izogametică. În acest fel, de exemplu, algele flagelare unicelulare Chlamidomonas se reproduc. Sexul partenerilor în acest caz nu este desemnat ca feminin și masculin, dar ei vorbesc despre tipuri de cruce.

La organismele mai complexe, și la om în special, diferențele dintre sexe sunt semnificative, iar fiecare organism formează gameți caracteristici specifici sexului său. La animale, femela formează un macrogamet, incapabil de mișcare activă, care se numește ovul sau ou. Masculul dezvoltă un mic microgamet mobil sau spermatozoid. Macrogametul din plantele superioare este numit și ovul, în timp ce microgameții din polen sunt nucleele celulelor bărbaților din vatră.

În procesul de reproducere sexuală, doi gameți se contopesc, dar numărul de cromozomi din fiecare specie rămâne constant în toate generațiile. Prin urmare, evident, trebuie să existe un mecanism, în urma căruia setul normal de cromozomi diploid al fiecărui părinte este redus la un set haploid în gameți. Acest mecanism se numește meioză și face parte din gametogeneză - procesul de formare a gameților.

La animalele multicelulare, gameții se formează în organele genitale - gonade. Gonada feminină se numește ovar masculin. testicul. De obicei, diviziunea meiotică are loc în gonade, înjumătățind setul de cromozomi. Aici are loc diferențierea, în timpul căreia se formează proprietățile specifice ale ovulului și spermei. În ouăle unor specii, diviziunea meiotică are loc după ovulatie, eliberarea celulei germinale din ovar. Dacă ovulul are nevoie de un aport mare de macromolecule pentru o dezvoltare rapidă după fertilizare, atunci spermatozoidul trebuie să aibă structuri care să îi asigure mobilitatea (Fig. 2-1).

2.5. Meioza constă din două diviziuni celulare consecutive, care culminează cu formarea gameților, fiecare având un set haploid de cromozomi.

La prima vedere, ambele diviziuni celulare specializate care apar în meioză sunt similare cu diviziunile mitotice. Meioza, ca și mitoza, include aceleași etape ale diviziunii nucleare (profază, prometafază, metafază etc.) și citoplasmei (citokineza).

Cu toate acestea, există câteva diferențe majore între aceste tipuri de diviziune celulară.

1. În prima diviziune meiotică, perechile de cromozomi omologi sunt combinate și localizate în zonele laterale ale nucleului. Acest proces se numește conjugarea cromozomilor sau sinapsis (Figura 2-3).

2. Materialul genetic este replicat o singură dată în timpul a două diviziuni meiotice. În timpul conjugării, materialul genetic este schimbat între cromozomii omologi sau trecere peste. Figura 2-2 arată schematic cum are loc încrucișarea în cromozomii meiotici.

Încrucișarea este un factor larg răspândit și foarte important care contribuie la apariția variabilității genetice în timpul reproducerii sexuale. Cromozomii meiotici au o structură specifică numită complex de conjugare, care este probabil să efectueze acest proces.

Adevărat, rămâne necunoscut cum are loc convergența cromozomilor omologi.

3. Majoritatea organismelor le lipsește în esență o etapă de interfază sau profază înainte de a doua diviziune meiotică.

În reproducerea sexuală, conjugarea cromozomilor omologi îndeplinește două funcții principale. Prima funcție permite tuturor celulelor germinale formate în timpul meiozei să primească câte un cromozom de la fiecare pereche omoloagă. A doua funcție este aceea că conjugarea asigură că numărul de cromozomi este exact înjumătățit (în timpul celei de-a doua diviziuni meiotice) prin unirea cromozomilor omologi în perechi care se comportă ca unul singur. Deoarece fiecare dintre cromozomii omologi perechi a fost replicat anterior și, prin urmare, este format din două cromatide, aceste perechi se numesc tetrade cromatidice sau bivalenți cromozomiali. În timpul conjugării, un set diploid de cromozomi replicați devine un set haploid de cromozomi bivalenți sau tetrade cromatidice.. În timpul celei de-a doua diviziuni meiotice, acești bivalenți sunt împărțiți în două părți, formând gameți cu un număr haploid de cromozomi.

Conjugarea cromozomilor omologi are loc în profaza primei diviziuni meiotice. Tetradele rezultate se deplasează în planul ecuatorial, se atașează de fibrele fusului și apoi fiecare se împarte în două diade (cromozomi formați din două cromatide). Apoi are loc citokineza și se formează două celule cu un număr haploid de diade. În a doua diviziune meiotică, fiecare dintre aceste celule se împarte fără a replica materialul genetic. În cea de-a doua diviziune meiotică, ei se divid și formează monade, astfel patru sunt formate dintr-o celulă originală. Fiecare poartă diferite combinații de material genetic parental rezultat din încrucișare, precum și segregarea cromozomală independentă în timpul meiozei.

Cu toate acestea, este incorect să spunem că în toate cazurile de meioză la animale, patru sunt formate dintr-o celulă germinativă. Acest lucru este valabil doar pentru. procesul de formare a spermatozoizilor, când o celulă care se divide meiotic de două ori produce patru spermatozoizi.

În timpul formării ouălor (oogeneză), fiecare celulă produce numai

un ou și două sau trei corpuri polare mici, „celule fără margini”, care nu joacă un rol semnificativ în dezvoltarea ulterioară. În oogeneză nu se formează patru ouă mici, ci unul mare, cu un aport mare de substanțe necesare dezvoltării sale după fertilizare. Nutrienții care ar putea fi împărțiți între patru celule se acumulează într-un singur ou.

2.6. Fertilizarea este procesul de combinare a gameților masculin și feminin sau a doi izogameți

În procesul de fertilizare, nucleii a doi gameți, fiecare dintre care conține un set haploid de cromozomi, sunt combinați și, astfel, setul normal de cromozomi diploid este restabilit. În timpul fertilizării, se poate folosi și o altă metodă de schimb de material genetic.

De exemplu, la nevertebratele marine, cum ar fi moluștele, aricii de mare și stelele, fertilizarea este un proces extrem de neeconomic.

Fiecare corp adult cheltuiește o energie extraordinară în formarea unui număr mare de ovule sau spermatozoizi. Cu toate acestea, doar unii dintre ei sunt implicați în fertilizare.

Acest lucru se datorează faptului că ouăle, larvele și puii acestor animale sunt hrană pentru alte specii. Prin urmare, doar un procent din ouăle originale se dezvoltă până la vârsta adultă. Deși această metodă necesită multă energie, este utilizată pe scară largă în rândul diverselor specii, ceea ce demonstrează eficiența sa ridicată.

Multe alte animale, în special cele care trăiesc pe pământ, au evoluat metode de fertilizare internă care evită pierderea celulelor germinale.

2.7. Partenogeneza este dezvoltarea ouălor nefertilizate

Multe organisme, pe lângă reproducerea sexuală, pot forma ouă care se dezvoltă fără fertilizare de către spermatozoizi. Acest proces se numește partenogeneză.

Coloniile de albine constau din indivizi care s-au dezvoltat prin reproducere sexuală, precum și din organisme partenogenetice. Ambele provin din ouăle depuse de regina albină. Regina albină se împerechează cu trântorul o singură dată, iar apoi rezerva ei de spermă este menținută pe tot parcursul perioadei de reproducere. Aceste ouă fertilizate se dezvoltă în albine lucrătoare diploide (și posibil viitoare matci). Ouăle depuse de cei nestabiliți se dezvoltă în drone haploide.

Partenogeneza spontană este, de asemenea, caracteristică unor animale superioare. Soiuri cunoscute de șopârle și pești care nu au masculi. Femelele pot produce descendenți în ciuda izolării prelungite de alte animale. Adesea, în unele linii de curcani, ouăle se pot dezvolta partenogenetic. Numărul de organisme care ajung la vârsta adultă este mic și toate sunt femele care pot produce descendenți. În unele cazuri, dezvoltarea partenogenetică a unor ouă poate fi cauzată de aplicarea stimulării chimice sau fiziologice, care a fost făcută pentru prima dată de I. Loeb în 1898.

Manualul respectă nivelul de bază al componentei federale a standardului de stat pentru educația generală în biologie și este recomandat de Ministerul Educației și Științei al Federației Ruse.

Manualul se adresează elevilor din clasele 10-11 și completează rândul lui N. I. Sonin. Cu toate acestea, caracteristicile prezentării materialului fac posibilă utilizarea acestuia în etapa finală a studierii biologiei după manualele tuturor liniilor existente.

Care este importanța selecției microorganismelor pentru industrie și agricultură?

Biotehnologie este utilizarea de organisme, sisteme biologice sau procese biologice în producția industrială. Termenul de „biotehnologie” a devenit larg răspândit de la mijlocul anilor 1970. Secolul XX, deși din timpuri imemoriale, omenirea a folosit microorganisme în coacere și vinificație, în producerea berii și în fabricarea brânzeturilor. Orice producție bazată pe un proces biologic poate fi considerată biotehnologie. Ingineria genetică, cromozomială și celulară, clonarea plantelor și animalelor agricole sunt diverse aspecte ale biotehnologiei.

Biotehnologia face posibilă nu numai obținerea de produse importante pentru oameni, cum ar fi antibioticele și hormonul de creștere, alcoolul etilic și chefirul, dar și crearea de organisme cu proprietăți predeterminate mult mai rapid decât utilizarea metodelor tradiționale de reproducere. Există procese biotehnologice pentru tratarea apelor uzate, procesarea deșeurilor, îndepărtarea scurgerilor de petrol din corpurile de apă și producția de combustibil. Aceste tehnologii se bazează pe caracteristicile activității vitale a anumitor microorganisme.

Biotehnologiile moderne emergente ne schimbă societatea, deschid noi oportunități, dar creează în același timp anumite probleme sociale și etice.

Inginerie genetică. Obiectele convenabile ale biotehnologiei sunt microorganismele care au un genom organizat relativ simplu, un ciclu de viață scurt și o mare varietate de proprietăți fiziologice și biochimice.

Una dintre cauzele diabetului zaharat este lipsa de insulină din organism - un hormon al pancreasului. Injecțiile de insulină izolate din pancreasul porcilor și bovinelor salvează milioane de vieți, dar la unii pacienți duc la dezvoltarea reacțiilor alergice. Soluția optimă ar fi utilizarea insulinei umane. Prin inginerie genetică, gena insulinei umane a fost introdusă în ADN-ul Escherichia coli. Bacteria a început să sintetizeze activ insulină. În 1982, insulina umană a devenit primul produs farmaceutic modificat genetic.

Hormonul de creștere se obține în prezent într-un mod similar. Gena umană, introdusă în genomul bacteriilor, asigură sinteza unui hormon, ale cărui injecții sunt folosite în tratamentul nanismului și restabilește creșterea copiilor bolnavi la niveluri aproape normale.

La fel ca în bacterii, materialul ereditar al organismelor eucariote poate fi modificat și cu ajutorul metodelor de inginerie genetică. Aceste organisme modificate genetic se numesc transgenic sau organisme modificate genetic (OMG).

În natură, există o bacterie care eliberează o toxină care ucide multe insecte dăunătoare. Gena responsabilă de sinteza acestei toxine a fost izolată din genomul bacterian și integrată în genomul plantelor cultivate. Până în prezent, au fost deja dezvoltate soiuri rezistente la dăunători de porumb, orez, cartofi și alte plante agricole. Cultivarea unor astfel de plante transgenice care nu necesită utilizarea pesticidelor are avantaje uriașe, deoarece, în primul rând, pesticidele ucid nu numai insectele dăunătoare, ci și benefice, iar în al doilea rând, multe pesticide se acumulează în mediu și au un efect mutagen asupra organismelor vii (Fig. . 92).

Orez. 92. Țări care cultivă plante transgenice. Aproape întreaga suprafață cu culturi transgenice este ocupată de soiuri modificate genetic de patru plante: soia (62%), porumb (24%), bumbac (9%) și rapiță (4%). Au fost deja create soiuri de cartofi transgenici, roșii, orez, tutun, sfeclă și alte culturi

Unul dintre primele experimente de succes privind crearea de animale modificate genetic a fost efectuat pe șoareci, în genomul cărora a fost inserată gena hormonului de creștere a șobolanului. Drept urmare, șoarecii transgenici au crescut mult mai repede și au ajuns să fie de două ori mai mari decât șoarecii normali. Dacă această experiență avea o semnificație exclusiv teoretică, atunci experimentele din Canada aveau deja o aplicație practică clară. Oamenii de știință canadieni au introdus gena altui pește în materialul ereditar al somonului, care a activat gena hormonului de creștere. Acest lucru a dus la creșterea somonului de 10 ori mai rapid și la creșterea de câteva ori în greutatea lor normală.

Clonarea. Se numește crearea de copii genetice multiple ale unui singur individ prin reproducere asexuată clonarea.Într-un număr de organisme, acest proces poate avea loc în mod natural, amintiți-vă reproducerea vegetativă la plante și fragmentarea la unele animale (§ ). Dacă o bucată de rază se desprinde accidental dintr-o stea de mare, din aceasta se formează un nou organism cu drepturi depline (Fig. 93). La vertebrate, acest proces nu are loc în mod natural.

Primul experiment de clonare de animale de succes a fost realizat de cercetătorul Gurdon la sfârșitul anilor ’60. Secolului 20 la Universitatea Oxford. Omul de știință a transplantat un nucleu prelevat dintr-o celulă de epiteliu intestinal al unei broaște albinos într-un ou nefertilizat al unei broaște obișnuite, al cărei nucleu fusese distrus anterior. Dintr-un astfel de ou, omul de știință a reușit să crească un mormoloc, care apoi s-a transformat într-o broască, care era o copie exactă a unei broaște albinos. Astfel, pentru prima dată s-a demonstrat că informațiile conținute în nucleul oricărei celule sunt suficiente pentru dezvoltarea unui organism cu drepturi depline.

Studiile ulterioare în Scoția în 1996 au condus la clonarea cu succes a oilor Dolly din celulele epiteliale mamare (Fig. 94).

Clonarea pare a fi o metodă promițătoare în creșterea animalelor. De exemplu, la creșterea vitelor, se folosește următoarea tehnică. Într-un stadiu incipient de dezvoltare, când celulele embrionului nu sunt încă specializate, embrionul este împărțit în mai multe părți. Din fiecare fragment plasat într-o mamă adoptivă (surogat) se poate dezvolta un vițel cu drepturi depline. În acest fel, puteți crea multe copii identice ale unui singur animal cu calități valoroase.

Orez. 93. Regenerarea unei stele de mare dintr-un fascicul

Orez. 94. Clonarea oilor Dolly

În scopuri speciale, celulele individuale pot fi, de asemenea, donate, creând culturi de țesuturi care, în mediile potrivite, pot crește la infinit. Celulele clonate servesc ca substitut pentru animalele de laborator, deoarece pot fi folosite pentru a studia efectele asupra organismelor vii ale diferitelor substanțe chimice, cum ar fi medicamentele.

Clonarea plantelor folosește o caracteristică unică a celulelor vegetale. La începutul anilor 60. Secolului 20 pentru prima dată s-a demonstrat că celulele vegetale, chiar și după ce au ajuns la maturitate și specializare, în condiții adecvate, sunt capabile să dea naștere unei plante întregi (Fig. 95). Prin urmare, metodele moderne de inginerie celulară fac posibilă ameliorarea plantelor la nivel celular, adică selectarea nu plantelor adulte cu anumite proprietăți, ci celule, din care apoi sunt cultivate plante cu drepturi depline.

Orez. 95. Etapele clonării plantelor (pe exemplul morcovilor)

Aspecte etice ale dezvoltării biotehnologiei. Utilizarea biotehnologiilor moderne pune multe întrebări serioase pentru umanitate. Ar putea o genă inserată în plantele de tomate transgenice să migreze și să se integreze în genomul, de exemplu, al bacteriilor care trăiesc în intestinul uman atunci când fructele sunt consumate? Ar putea o cultură transgenică rezistentă la erbicide, boli, secetă și alți factori de stres, atunci când este polenizată încrucișată cu plante sălbatice înrudite, să transfere aceleași proprietăți buruienilor? Nu va rezulta acest lucru „superiuri” care vor popula foarte repede terenurile agricole? Va ajunge accidental prăjelii de somon uriaș în larg și acest lucru va deranja echilibrul populației naturale? Este corpul animalelor transgenice capabil să reziste la sarcina care apare în legătură cu funcționarea genelor străine? Și are omul dreptul de a reface organisme vii pentru binele său?

Acestea și multe alte probleme legate de crearea de organisme modificate genetic sunt discutate pe larg de experți și de publicul din întreaga lume. Organismele și comisiile speciale de reglementare create în toate țările susțin că, în ciuda preocupărilor existente, nu au fost înregistrate efecte nocive ale OMG-urilor asupra naturii.

În 1996, Consiliul Europei a adoptat Convenția privind drepturile omului în utilizarea tehnologiilor genomice în medicină. Documentul se concentrează pe etica utilizării unor astfel de tehnologii. Se susține că niciun individ nu poate fi discriminat pe baza informațiilor despre caracteristicile genomului său.

Introducerea de material genetic străin în celulele umane poate avea consecințe negative. Inserarea necontrolată a ADN-ului străin în anumite părți ale genomului poate duce la perturbarea genelor. Riscul utilizării terapiei genice atunci când se lucrează cu celule germinale este mult mai mare decât atunci când se utilizează celule somatice. Când constructele genetice sunt introduse în celulele germinale, poate apărea o schimbare nedorită a genomului generațiilor viitoare. Prin urmare, în documentele internaționale ale UNESCO, Consiliului Europei, Organizației Mondiale a Sănătății (OMS) se subliniază că orice modificare a genomului uman poate fi făcută doar pe celule somatice.

Dar poate cele mai serioase întrebări apar în legătură cu clonarea umană posibilă teoretic. Cercetarea în domeniul clonării umane este acum interzisă în toate țările, în primul rând din motive etice. Formarea unei persoane ca persoană se bazează nu numai pe ereditate. Este determinată de mediul familial, social și cultural, prin urmare, cu orice clonare, este imposibil să se recreeze o personalitate, la fel cum este imposibil să se reproducă toate condițiile de creștere și educație care au format personalitatea prototipului său (donator de nucleu). ). Toate confesiunile religioase majore ale lumii condamnă orice interferență în procesul reproducerii umane, insistând că concepția și nașterea ar trebui să aibă loc în mod natural.

Experimentele de clonare a animalelor au ridicat o serie de întrebări serioase pentru comunitatea științifică, de soluția cărora depinde dezvoltarea ulterioară a acestui domeniu al științei. Oaia Dolly nu a fost singura clonă obținută de oamenii de știință scoțieni. Au fost câteva zeci de clone și doar Dolly a supraviețuit. În ultimii ani, îmbunătățirile tehnicilor de clonare au făcut posibilă creșterea procentului de clone supraviețuitoare, dar mortalitatea acestora este încă foarte mare. Cu toate acestea, există o problemă și mai serioasă din punct de vedere științific. În ciuda nașterii victorioase a lui Dolly, vârsta ei biologică reală, problemele de sănătate asociate și moartea relativ timpurie au rămas neclare. Potrivit oamenilor de știință, utilizarea nucleului celular al unei oi donatoare în vârstă de șase ani a afectat soarta și sănătatea lui Dolly.

Este necesară creșterea semnificativă a viabilității organismelor clonate, pentru a afla dacă utilizarea unor metode specifice afectează speranța de viață, sănătatea și fertilitatea animalelor. Este foarte important să se minimizeze riscul dezvoltării defectuoase a oului reconstruit.

Introducerea activă a biotehnologiilor în medicină și genetica umană a dus la apariția unei științe speciale - bioetica. Bioetica- știința atitudinii etice față de toate ființele vii, inclusiv de oameni. Etica iese acum în prim-plan. Acele porunci morale pe care omenirea le-a folosit de secole, din păcate, nu oferă noi oportunități aduse la viață de știința modernă. Prin urmare, oamenii trebuie să discute și să adopte legi noi care să țină cont de noile realități ale vieții.

Revizuiți întrebările și temele

1. Ce este biotehnologia?

2. Ce probleme rezolvă ingineria genetică? Care sunt provocările asociate cercetării în acest domeniu?

3. De ce credeți că selecția microorganismelor este în prezent de o importanță capitală?

4. Dați exemple de producție industrială și utilizare a deșeurilor de microorganisme.

5. Ce organisme se numesc transgenice?

6. Care este avantajul clonării față de metodele tradiționale de reproducere?

Probleme de discutat

Capitolul „Organism”

„Corpul este un întreg. Diversitatea organismelor»

1. De ce crezi că știința încă nu știe numărul exact de specii de organisme care trăiesc pe planeta noastră?

2. În celulele căror organisme există organele cu scop special? Ce funcții îndeplinesc?

3. Luați în considerare dacă organismele multicelulare pot lipsi de țesuturi și organe.

„Metabolism și conversie energetică”

1. Cum sunt fotosinteza și problema furnizării de hrană pentru populația Pământului?

2. Explicați de ce consumul excesiv de alimente duce la obezitate.

3. De ce nu poate exista schimbul de energie fără schimb plastic?

5. Dați exemple de utilizare a caracteristicilor metabolice ale organismelor vii în medicină, agricultură și alte industrii.

"Reproducere"

1. În opinia dumneavoastră, care este avantajul fertilizării duble la angiosperme față de fecundarea la gimnosperme?

2. De ce nu există divizarea caracterelor la descendenții hibrizilor în timpul înmulțirii vegetative?

3. Gândiți-vă la diferența dintre înmulțirea vegetativă naturală și artificială.

4. Organismul s-a dezvoltat dintr-un ou nefertilizat. Caracteristicile sale ereditare sunt o copie exactă a caracteristicilor corpului mamei?

5. Care formă de reproducere credeți că oferă cea mai bună adaptabilitate la schimbările de mediu?

„Dezvoltarea individuală (ontogenie)”

1. De ce se formează diferite țesuturi și organe cu proprietăți diferite din celule germinale care sunt echivalente la începutul dezvoltării?

2. Care este semnificația dezvoltării cu transformare în adaptarea la condițiile de viață?

3. Care a fost semnificația prelungirii perioadei pre-reproductive în evoluția umană?

4. Pentru ce organisme coincid conceptele de „ciclu celular” și „ontogeneză”?

„Ereditate și variabilitate”

1. Care este avantajul diploidiei față de starea haploidă?

2. Compuneți și rezolvați probleme pentru încrucișări monohibride și dihibride.

3. Mitocondriile conțin ADN, ale cărui gene codifică sinteza multor proteine ​​necesare pentru construirea și funcționarea acestor organite. Luați în considerare modul în care aceste gene extranucleare vor fi moștenite.

4. Explicați din punctul de vedere al geneticii de ce există mult mai mulți daltonici în rândul bărbaților decât în ​​rândul femeilor.

5. În opinia dumneavoastră, factorii de mediu pot afecta dezvoltarea unui organism purtător de o mutație letală?

6. Ce fel de experiment ați sugera să înființați pentru a demonstra condiționarea genetică a răspunsurilor comportamentale?

7. Care crezi că este pericolul căsătoriilor strâns legate?

8. Gândiți-vă la particularitatea studierii moștenirii trăsăturilor la oameni.

9. De ce activitatea economică umană crește influența mutagenă a mediului?

10. Se poate manifesta variabilitatea combinativă în absenţa procesului sexual?

Fundamentele selecției. biotehnologie"

1. Care sunt asemănările și diferențele dintre metodele de creștere a plantelor și a animalelor?

2. De ce are nevoie fiecare regiune de soiurile sale de plante și animale?

3. Din marea varietate de specii de animale care trăiesc pe Pământ, omul a selectat relativ puține specii pentru domesticire. Cum crezi că se explică asta?

4. Heteroza în generațiile următoare de obicei nu persistă, se estompează. De ce se întâmplă asta?

5. În opinia dumneavoastră, selecția în masă poate fi folosită în creșterea animalelor? Demonstrează-ți părerea.

6. Care este importanța pentru ameliorarea plantelor a cunoașterii centrelor de origine a plantelor cultivate?

7. Care sunt perspectivele de dezvoltare a economiei naționale deschide utilizarea animalelor transgenice?

8. Se poate face omenirea modernă fără biotehnologie?

<<< Назад

Înainte >>>

Gândi!

1. De ce nu există divizarea caracterelor la descendenții hibrizilor în timpul înmulțirii vegetative?

3. Care formă de reproducere credeți că oferă cea mai bună adaptabilitate la schimbările de mediu?

Pentru reproducerea sexuală sunt necesare celule specializate. gameti, conţinând un singur set (haploid) de cromozomi. Când se îmbină (fertilizează), se formează un set diploid, în care fiecare cromozom are o pereche - un cromozom omolog. În fiecare pereche de cromozomi omologi, un cromozom este primit de la tată, iar al doilea de la mamă.

Procesul de formare a celulelor germinale - gametogeneza- se produce în organe speciale - glandele sexuale. La majoritatea animalelor, celulele sexuale masculine (spermatozoizi) se formează în testicule, gameții feminini (ouă) - în ovare. Dezvoltarea ovocitului se numește ovogeneza, și spermatozoizi spermatogeneza.

■ Structura celulelor germinale. Ovocitele sunt celule relativ mari, nemișcate, rotunjite. La unii pești, reptile și păsări, acestea conțin o cantitate mare de nutrienți sub formă de gălbenuș și variază în dimensiune de la 10 mm la 15 cm. Ouăle mamiferelor, inclusiv ale oamenilor, sunt mult mai mici (0,1-0,3 mm) și gălbenușul este practic nu conțin.

spermatozoizi- celule mici mobile, la om lungimea lor este de doar aproximativ 60 de microni. În diferite organisme, ele diferă ca formă și dimensiune, dar, de regulă, toți spermatozoizii au cap, gât și coadă, ceea ce le asigură mobilitatea. În capul spermatozoidului se află nucleul care conține cromozomii. Mitocondriile sunt concentrate în gât, care furnizează energie spermatozoizilor în mișcare.

Spermatozoizii au fost descriși pentru prima dată de naturalistul olandez A. Leeuwenhoek în 1677. El a introdus și acest termen - sperma (din greacă, sperma - sămânță și zoon - ființă vie), adică o sămânță vie. Oul de mamifer a fost descoperit în 1827 de omul de știință rus K. M. Baer.

■ Formarea celulelor germinale. Dezvoltarea celulelor germinale este împărțită în mai multe etape: reproducere, creștere, maturare, iar în procesul de spermatogeneză se distinge și stadiul de formare.

stadiul de reproducere. În această etapă, celulele care formează pereții gonadelor se divid activ prin mitoză, formând celule germinale imature. Această etapă la bărbați începe cu debutul pubertății și durează aproape toată viața. La femei, formarea celulelor germinale primare este finalizată chiar și în perioada embrionară, adică numărul total de ouă pe care o femeie le va maturiza în timpul perioadei sale de reproducere este determinat deja într-un stadiu incipient al dezvoltării corpului feminin. În stadiul de reproducere, celulele germinale primare, ca toate celelalte celule ale corpului, sunt diploide.

stadiul de crestere.În stadiul de creștere, care este mult mai bine exprimat în oogeneză, are loc o creștere a citoplasmei celulelor, acumularea de substanțe necesare și reduplicarea ADN-ului (dublarea cromozomilor).

stadiul de coacere. A treia etapă este meioza. Meioză - Acesta este un mod special de diviziune celulară, care duce la înjumătățirea numărului de cromozomi și la trecerea celulei de la o stare diploidă la una haploidă.

Viitorii gameți în stadiul de maturare se împart de două ori. Celulele care încep meioza conțin un set diploid de cromozomi deja dublați. În procesul a două diviziuni meiotice, dintr-o celulă diploidă se formează patru celule haploide.

Meioza constă din două diviziuni succesive precedate de o singură duplicare a ADN-ului efectuată în timpul etapei de creștere. În fiecare diviziune a meiozei se disting patru faze, care sunt și caracteristice mitozei (profază, metafază, anafază, telofază), dar diferă prin unele trăsături.

Profaza primei diviziuni meiotice (profaza I) este mult mai lungă decât profaza mitozei. În acest moment, cromozomii dublați, fiecare dintre care constă deja din două cromatide surori, se spiralizează și capătă o dimensiune compactă. Apoi cromozomii omologi sunt aranjați paralel unul cu celălalt, formând așa-numitele bivalenți, sau tetrade, formate din doi cromozomi (patru cromatide). Între cromozomii omologi poate avea loc un schimb de regiuni omoloage corespunzătoare, care va duce la recombinarea informațiilor ereditare și formarea de noi combinații de gene paterne și materne în cromozomii gameților viitori. Până la sfârșitul profezei I, învelișul nuclear este distrus.

In metafaza Cromozomii omologi I în perechi sub formă de bivalenți, sau tetrade, sunt localizați în planul ecuatorial al celulei, iar firele fusului sunt atașate de centromerii lor.

in anafaza I cromozomi omologi din bivalent (tetradă) diverg spre poli. În consecință, doar unul din fiecare pereche de cromozomi omologi intră în fiecare dintre cele două celule rezultate - numărul de cromozomi se reduce la jumătate, setul de cromozomi devine haploid. Cu toate acestea, fiecare cromozom este încă format din două cromatide surori.

în telofază I, se formează celule care au un set haploid de cromozomi și o cantitate dublă de ADN.

După o perioadă scurtă de timp, celulele încep a doua diviziune meiotică, care se desfășoară ca o mitoză tipică, dar diferă prin faptul că celulele implicate în aceasta sunt haploide.

în profază II, învelișul nuclear este distrus. În metafază, cromozomii se aliniază în planul ecuatorial al celulei, fibrele fusului se conectează la centromerii cromozomilor. in anafaza Centromerii II care leagă cromatidele surori se divid, cromatidele devin cromozomi fiice independenți și diverg către diferiți poli ai celulei. Telofaza II completează a doua diviziune a meiozei.

Ca rezultat al meiozei, dintr-o celulă diploidă inițială care conține molecule de ADN dublate, se formează patru celule haploide, fiecare cromozom constând dintr-o singură moleculă de ADN.

În timpul spermatogenezei în stadiul de maturare, ca urmare a meiozei, se formează patru celule identice - precursorii spermatozoizilor, care în stadiul de formare capătă aspectul caracteristic unui spermatozoid matur și devin mobile.

Formarea spermatozoizilor la bărbați începe la pubertate. Durata tuturor celor patru faze ale spermatogenezei este de aproximativ 80 de zile. Pentru o viață întreagă în corpul unui bărbat, se formează o cantitate imensă de spermatozoizi - până la 10 10.

Diviziunile meiotice în oogeneză sunt caracterizate de o serie de trăsături. Profaza I se termină chiar și în perioada embrionară, adică până la nașterea fetiței, corpul ei are deja un set complet de viitoare ouă. Evenimentele rămase de meioză continuă numai după pubertate la femeie. În fiecare lună, într-unul dintre ovarele femeii, una dintre celulele care au încetat să se divizeze continuă să se dezvolte.

Ca urmare a primei diviziuni a meiozei, se formează o celulă mare - precursorul oului și un mic, așa-numitul corp polar, care intră în a doua diviziune a meiozei. În stadiul metafazei II, precursorul ovulului ovulează, adică părăsește ovarul în cavitatea abdominală, de unde intră în oviduct. Dacă are loc fertilizarea, a doua diviziune meiotică este finalizată - se formează un ou matur și un al doilea corp polar. Dacă fuziunea cu spermatozoizii nu are loc, celula care nu s-a terminat de divizat moare și este excretată din organism.

Corpurile polare servesc la eliminarea excesului de material genetic și la redistribuirea nutrienților în favoarea oului. La ceva timp după împărțire, ei mor.

În ciuda faptului că în embrionul feminin sunt depuse o mulțime de ouă, doar câteva dintre ele se maturizează. În timpul perioadei de reproducere, adică atunci când o femeie este capabilă să dea copii, se formează în sfârșit aproximativ 400 de ouă.

■ Semnificația gametogenezei. În timpul gametogenezei, se formează celule germinale care conțin un set haploid de cromozomi, ceea ce face posibilă restabilirea numărului de cromozomi caracteristici speciei în timpul fertilizării. În absența meiozei, fuziunea gameților ar dubla numărul de cromozomi din fiecare generație succesivă rezultată din reproducerea sexuală. Acest lucru nu se întâmplă, din cauza existenței unui proces special - meioza, în timpul căruia numărul diploid de cromozomi (2l) se reduce la haploid (1l), adică rolul biologic al meiozei este de a menține constanta numărului de cromozomi. într-un număr de generaţii ale speciei.

Condițiile de mediu nefavorabile (îngheț, secetă, lipsă de umiditate, lumină, scăderea conținutului de oxigen dizolvat în apă etc.) împiedică funcționarea normală a organismelor. În înghețuri severe, probabilitatea morții în rândul animalelor care trăiesc în sol (alunițe, râme) crește. Iarna, cu lipsa oxigenului dizolvat în apă, animalele acvatice și peștii mor. Semințele plantelor sunt transportate de vânt în locuri nefavorabile și nu germinează. Organismele neadaptate nu lasă urmași. De la cursul de clasa a X-a se știe că variabilitatea este o proprietate caracteristică tuturor organismelor. Modificarea organismelor sub influența condițiilor de mediu se numește variabilitate de modificare, iar schimbarea genelor și cromozomilor se numește variabilitate mutațională. Variabilitatea modificării este uneori numită variabilitate neereditară. Dezvoltarea fenotipului unui organism este determinată de interacțiunea bazei sale ereditare - genotipul - cu condițiile mediului extern. Cu același genotip, dar în condiții de dezvoltare diferite, semnele unui organism (fenotipul său) pot varia semnificativ. Prin variabilitatea modificării, mulți indivizi cresc adaptabilitatea la mediu, ceea ce poate fi important pentru conservarea și prosperitatea speciei.
Variabilitatea modificării apare în organismele tuturor speciilor sub influența noilor condiții de viață, dar nu este moștenită. Motivele pentru aceasta constă în schimbarea semnelor descendenților în condiții noi de mediu și formarea fitness-ului în ei. Mutație - variabilitatea organismelor individuale asociată cu o schimbare a genotipului. Prin urmare, mutațiile sunt ereditare și nu au proprietăți adaptate.
Selecția naturală în natură a avut loc continuu de secole. Semne noi apar doar la organismele adaptate la condițiile naturii. Se formează o relație (unitate) între organism și mediu. C. Darwin a definit selecția naturală ca fiind păstrarea și reproducerea celor mai apți indivizi și moartea celor mai puțin apți.
Luați în considerare exemple de luptă a organismelor cu condiții de mediu nefavorabile. După cum știți, vremea în zonele muntoase este rece, cu vânturi însuflețite vara, iar relieful este denivelat, muntos și deluros. Vântul continuu usucă solul, reduce umiditatea. Plantele din locurile montane sunt joase, ghemuite. Din cauza vântului constant, toate tipurile de plante (copac, arbust, iarbă) sunt subdimensionate. Ramuri de arbuști dens împletite se răspândesc de-a lungul solului. Animalele se agață de pietre. Păsările cântă în timp ce stau pe pământ. Fluturii zboară și ei jos. Aripile lor întunecate și întunecate absorb bine căldura. Păianjenii nu țes pânze de păianjen, ci se ascund sub pietre, în crăpăturile solului, trăiesc în vizuini vechi. Organismele sunt, de asemenea, adaptate în diferite moduri la terenul deschis al stepei.
De exemplu, în ciuda faptului că rădăcinile plantelor sunt bine dezvoltate, lamele lor sunt subțiri. Sistemul radicular al ierbii cu pene, o plantă tipică zonelor de stepă, pătrunde adânc în sol, iar organele de deasupra solului formează un tufiș. Zăpada se acumulează între tulpinile acestui tufiș iarna, care reține umiditatea, iar primăvara asigură umiditatea plantei. Odată cu apariția căldurii, frunzele subțiri ale plantelor se pot ondula cu partea stomatică spre interior, iar evaporarea scade.
Toate organele plantelor din locurile aride sunt acoperite cu fire de păr moi, mici, simțite, deci au o culoare gri deschis. Protecția împotriva evaporării și a razelor solare sunt pubescența moale a frunzelor cu fire de păr, acoperirea cu ceară. În condiții calde, plantele cu frunze verzi mari și sisteme de rădăcini delicate nu supraviețuiesc ca urmare a selecției naturale.
Plantele din habitatele uscate sunt capabile să acumuleze cantități mari de apă în țesuturile lor pentru a păstra viața. De exemplu, un cactus din plante de apartament (patria - America de Sud) are o tulpină suculentă, deoarece umiditatea se acumulează în ea. Unii cactusi conțin până la 96% apă. Cactușii de 20 m înălțime în tulpină conțin până la 3 mii de litri de apă. Frunzele lor sunt modificate în spini, iar stomatele sunt situate în tulpină. În același timp, frunzele îndeplinesc o funcție de protecție, iar tulpina - de asimilare. Cu lipsă de umiditate, lalelele înfloresc foarte devreme primăvara și în scurt timp fructele și semințele lor se coc. După uscarea organelor supraterane, umiditatea și nutrienții se acumulează în bulbi, care sunt apoi utilizați din nou primăvara pentru dezvoltarea răsadurilor. Stonecrop, rhodiola, aloe acumulează o cantitate de apă în frunze. Sistemul radicular al saxaul pătrunde foarte adânc, până în apele subterane. Cu o lipsă de umiditate, saxaul elimină lăstarii tineri, contribuind astfel la reducerea evaporării. În timpul căldurii intense a eucaliptului, frunzele de caragana se întorc de la margine la margine spre lumină. Fructele de măr, prune, struguri, frunze de varză, stonecrop, ficus sunt acoperite cu un strat de ceară rezistent la apă. Stratul de plută, situat sub scoarța copacilor (stejar, mesteacăn etc.), protejează împotriva umidității și schimbărilor de temperatură. Tipuri de luptă pentru existență sunt prezentate în fig. douăzeci.

Orez. 20. Lupta pentru existenţă şi formele ei: 1 - stârci (luptă intraspecifică); 2 - călăreț care depune un ou într-o omidă (luptă interspecifică); 3 - arbore de yucca, crește în deșerturile fierbinți din Mexic, unde nu cad mai mult de 125 mm de precipitații pe an (combaterea condițiilor nefavorabile de viață)
Citiți întrebările și răspundeți la ce tip de selecție sunt acestea; Introduceți răspunsurile cu majuscule: „E” – selecție naturală, „I” – selecție artificială.

Dintre animale supraviețuiesc și cele mai adaptate condițiilor de mediu. Gophers, țestoasele hibernează vara. Hibernarea de vară se observă la ele la temperaturi prea ridicate și o scădere a umidității aerului. Deci, unele specii de țestoase stochează apă în vezică, care, dacă este necesar, trece în sânge. Animalele stochează grăsime în cocoașă (cămilă), coadă (specii de jerboa), a cărei oxidare produce apă metabolică. Lipsa de umiditate se referă la un factor fizic. Selecția reglează adaptabilitatea organismelor, asigură conservarea unor indivizi mai rezistenti și dispariția celor slabi.
În locurile pline de apă, selecția merge într-o direcție diferită. În pădurile tropicale amazoniene, există inundații ocazionale. În timpul unei inundații, mamiferele care trăiesc acolo se urcă în vârful copacului, păstrându-și astfel viața. Adaptarea la mediu nu apare imediat. Ca rezultat al selecției naturale, caracteristicile personale ale organismului sunt transmise treptat din generație în generație.

Variabilitatea modificării (neereditare). Variabilitatea mutațională (ereditară).

1. Numiți condițiile nefavorabile ale naturii.
2. Dați exemple de plante și animale adaptate la condiții de mare altitudine.

1. Cum se adaptează plantele pe terenul plat?
2. Explicați cum plantele din deșert se protejează de condițiile de mediu nefavorabile.
3. Numiți animalele care hibernează vara, explicați motivele.
4. Comparați selecția naturală și cea artificială.

1. În procesul de selecție, rezistența organismului crește.
2. Noile semne sunt dăunătoare pentru organism.
3. Ea provine din dezvoltarea producției vegetale și a creșterii animalelor.
4. Rezultatul este o nouă specie.
5. Ca rezultat, se obțin rase și soiuri.
6. Procesul este lent și imperceptibil.
7. Este planificată schimbarea caracteristicilor necesare.
8. Procesul a avut loc continuu de la originea vieții pe Pământ.
9. Semnele noi, emergente, sunt utile organismului.

Răspundeți la următoarele întrebări pentru a consolida rezultatele muncii de laborator:

De ce lăstarii nu sunt la fel, nu sunt toți încolțiți?

1. Cum se adaptează cactusul la condițiile de mediu nefavorabile?

Care este motivul?

1. Care sunt caracteristicile aloe, prin ce diferă de un cactus?
2. Prin ce semne și schimbări în plantele din habitatele uscate (zhuzgun, saxaul, shingil) se poate determina tipul lor de luptă împotriva adverselor
   conditii de mediu?