Особенности передачи наследственного материала от организма организму, и реализацию их в онтогенезе изучает генетика.
Генетика (от греч. «происходящий от кого-то») - наука о законах и механизмах наследственности и изменчивости. В зависимости от объекта исследования классифицируют генетику растений, животных, микроорганизмов, человека и другие; в зависимости от используемых методов других дисциплин -- молекулярную генетику, экологическую генетику и другие.
Наследственность - способность организмов передавать свои признаки и особенности развития потомству. Благодаря этой способности все живые существа (растения, грибы, или бактерии) сохраняют в своих потомках характерные черты вида. Такая преемственность наследственных свойств обеспечивается передачей их генетической информации. Носителями наследственной информации у организмов являются гены.
Ген - участок молекулы ДНК, несущий информацию о каком-либо признаке или свойстве организма
Генотип - совокупность всех генов, локализованных в хромосомах данного организма.
Аллели (аллельные гены) - состояния, формы данного гена, определяющие альтернативное развитие одного и того же признака и расположенные в идентичных участках гомологичных хромосом. Каждый ген может находиться в двух состояниях - доминантном (подавляющем, обозначается прописной буквой, например, А, D,W) или рецессивном (подавляемом, обозначается строчной буквой, например, а, н, d,w,x).
Гомозигота - диплоидная клетка или организм, гомологичные хромосомы которого несут одинаковые аллели данного гена (обозначается, например, АА, аа, нн,WW).
Гетерозигота - диплоидная клетка или организм, гомологичные хромосомы которого несут разные аллели данного гена (обозначается, например, Аа, Нн,Ww).
Фенотип - совокупность всех особенностей строения и жизнедеятельности организма.
Гибрид - половое потомство от скрещивания двух генотипически различающихся организмов.
Моногибридное скрещивание - скрещивание организмов, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков (например, желтая и зеленая окраска семян у гороха).
Дигибридное скрещивание - скрещивание организмов, отличающихся друг от друга по двум парам альтернативных признаков (например, желтая и зеленая окраска семян у гороха и гладкая и морщинистая поверхность семян гороха).
Работы Г. Менделя, Т. Моргана и их последователей заложили основы теории гена и хромосомной теории наследственности.
Основу исследований Г. Менделя, которые проводились, когда еще не были известны хромосомы, составляют скрещивания и изучение гибридов садового гороха. Г. Мендель начал исследования, располагая 22 чистыми линиями садового гороха, которые имели хорошо выраженные альтернативные (контрастирующие) различия между собой по семи парам признаков, а именно: форма семян (круглые - шероховатые), окраска семядолей (желтые - зеленые), окраска кожуры семян (серая - белая), форма бобов (выполненные - морщинистые)
Законы Менделя:
I закон Менделя. Закон единообразия гибридов первого поколения: при скрещивании организмов, различающихся по одной паре контрастных признаков, за которые отвечают аллели одного гена, первое поколение гибридов единообразно по фенотипу и генотипу. По фенотипу все гибриды первого поколения характеризуются доминантным признаком, по генотипу всё первое поколение гибридов гетерозиготное.
II закон Менделя. Закон расщепления: при моногибридном скрещивании во втором поколении гибридов наблюдается расщепление по фенотипу в соотношении 3:1 : около 3/4 гибридов второго поколения имеют доминантный признак, около 1/4 -- рецессивный.
III закон Менделя. Закон независимого комбинирования: при дигибридном скрещивании расщепление по каждой паре признаков у гибридов F2 идет независимо от других пар признаков и равно 3:1, как при моногибридном скрещивании.
Задание 2. Решите задачи.
При скрещивании 2-х черных кроликов появился белый крольчонок. Чем это можно объяснить?
У кошек черный ген окраски шерсти (В) доминирует над геном рыжей окраски (b), а ген короткой шерсти (S) доминирует над геном длинной шерсти (s). Какова ожидаемая доля котят с черной короткой шерстью среди потомков, если кот будет иметь черную короткую шерсть (ВbSs), а кошка - черная с длинной шерстью (Bbss)?
Изменчивость - это общее свойство живых организмов приобретать новые признаки.
Различают наследственную и ненаследственную (модификационная) изменчивость/
Формы изменчивости
|
формы |
причины проявления |
значение |
примеры |
|
|
Ненаследственная (модификационная изменчивость) |
изменение условий среды, в результате чего организм изменяется в пределах нормы реакции, заданной генотипом |
адаптация - приспособление к данным условиям среды, выживание, сохранение потомства. |
белокочанная капуста в условиях жаркого климата не образует кочана; породы лошадей и коров, завезенные в горы, становятся низкорослыми |
|
|
Наследственная (генотипическая) |
||||
|
Мутационная |
влияние внешних и внутренних мутагенных факторов, в результате чего происходит изменение в генах и хромосомах |
материал естественного и искусственного отборов, так как мутации могут быть полезными, вредными и безразличными, доминантные и рецессивные |
репродуктивная изоляция > новые виды, рода > микроэволюция. |
|
|
Комбинативная |
возникает стихийно в рамках популяции при скрещивании, когда у потомков появляются новые комбинации генов. |
распространение новых наследственных изменений, которые служат материалом для отбора. |
появление розовых цветков при скрещивании белоцветковых и красноветковых примул. |
|
|
Соотносительная (коррелятивная) |
возникает в результате свойства генов влиять на формирование не одного, а двух и более признаков |
постоянство взаимосвязанных признаков, целостность организма как системы |
длинноногие животные имеют длинную шею. |
Эволюция - необратимое и направленное развитие органического мира.
В основе современной теории эволюции лежит теория Ч. Дарвина. Но эволюционизм (теория эволюции или представление о развитии) существовал и до Дарвина.
Различают два направления эволюции.
Биологический прогресс - увеличение численности особей данной систематической группы (вида, рода, класса, семейства, отряда и др.), расширение ареала.
Биологический прогресс означает победу вида в борьбе за существование. Он является следствием хорошей приспособленности организмов к условиям окружающей среды. В настоящее время прогрессируют многие группы насекомых, цветковых растений и др.
Биологический регресс - уменьшение численности особей данной систематической группы, сужение ареала, сокращение видового разнообразия внутри группы.
Биологический регресс означает отставание в темпах эволюции о скорости изменения условий окружающей среды. Он может привести к вымиранию группы. Исчезли древовидные плауны и хвощи, древние папоротники, большинство древних земноводных и пресмыкающихся. Регрессивными сейчас являются род выхухолей, семейство гинкговых и др.
Существует 4 основных пути эволюции: ароморфоз, идиоадаптация, общая дегенерация, гипергенез.
Ароморфоз - крупные эволюционные изменения, ведущие к подъему уровня биологической организации, к развитию приспособлений широкого значения, расширению среды обитания. Это развитие принципиально новых признаков и свойств, позволяющих группе организмов перейти на другую ступень эволюции. Пример: дифференциация органов пищеварения, усложнение зубной системы, появление теплокровности - все это снизило зависимость организма к окружающей среды. У млекопитающих и птиц появилась возможность переносить снижения температуры среды значительно легче, чем, например, рептилиям, которые теряют свою активность с наступлением холодной ночи или холодного периода года.
Ароморфозы сыграли важную роль в эволюции всех классов животных. Например, в эволюции насекомых большое значение имело появление трахейной системы дыхания и преобразование ротового аппарата (выход на сушу и разнообразное питание).
Идиоадаптация - частное приспособление организмов к определенному образу жизни без повышения общего уровня организации.
Организмы эволюционируют путем частных приспособлений к конкретным условиям среды. Такой тип эволюции ведет к быстрому повышению численности. Благодаря формированию различных идиоадаптаций животные близких видов могут жить в самых разных географических зонах. Например, представителей семейства волчьих можно встретить на всей территории от Арктики до тропиков. Идиоадаптация обеспечила расширение ареала семейства и увеличение числа видов.
Общая дегенерация - это процесс, который ведет к упрощению организмов, к регрессу.
Общая дегенерация может наступить и при биологическом прогрессе. Например, у паразитических ленточных червей, у крабов паразит саккулина.
Гипергенез - путь эволюции, связанный с увеличением размеров тела и непропорциональным переразвитием органов тела. В различные периоды в разных классах организмов появлялись гигантские формы. Но, как правило, они довольно быстро вымирали и наступало господство более мелких форм. Вымирание гигантов чаще всего связывают с нехваткой пищи, хотя некоторое время такие организмы могут иметь преимущество из-за своей огромной силы и отсутствия по этой причине врагов.
Приведите примеры основных путей эволюции
|
ароморфоз |
идиоадаптация |
общая дегенерация |
гипергенез |
|
|
Появление электрон-транспортных цепей (что обеспечило возможность фотосинтеза и аэробного дыхания) |
Галапагосские вьюрки (различные типы клювов) |
У двустворчатых моллюсков исчезновение головы |
||
|
Появление белков-гистонов и ядерной оболочки (что обеспечило возможность митоза, мейоза и полового размножения) |
У собак невтяжные когти для ускорения бега, наличие хищных зубов, снижение температуры тела через усиленное ротовое дыхание (потовые железы отсутствуют) |
У свинного цепеня-солитёра - "потеря" пищеварительной системы. |
||
|
Появление зародышевых листков у животных и дифференцированных тканей у растений (что привело к образованию систем органов) . |
У божьих коровок, саламандр - предостерегающая окраска |
Потеря зрения у кротов, протей, глубоководных |
||
|
Появление осевого скелета - хорды |
У ежей - колючки |
4. Многообразие организмов, их строение и жизнедеятельность
В настоящее время на Земле обитает несколько миллионов видов живых организмов. Из них описано около 5 миллионов видов. По предположениям биологов количество видов в несколько раз больше, т.к. многие виды микроорганизмов, растений, насекомых и других организмов до сих пор еще не изучены. Разобраться в таком многообразии живых организмов ученым помогают специальные разделы или научные направления биологии. Среди них: систематика, таксономия и классификация. Систематика - это важнейший раздел биологии, направленный на описание и обозначение ныне существующих на Земле и вымерших организмов. Таксономия - это раздел систематики, разрабатывающий теоретические основы классификации живых организмов по системе иерархически соподчиненных таксонов или групп. Классификация - это тоже раздел систематики, осуществляющий по определенной системе распределение всего множества живых организмов. В современной биологии принята следующая классификация и иерархия таксонов: надцарство, царство, отдел (тип в систематике животных), класс, порядок (отряд), семейство, род, вид. В ряде случаев выделяются и промежуточные таксоны, например, над- и подотдел, над- и подкласс, и т.д. Современная систематика живых организмов может быть представлена следующим образом:
Клеточные формы организмов:
Надцарство Прокариоты
Надцарство Эукариоты
(Procariota)
(Eucariota)
Царство Бактерии
Царство Растения
Царство Архебактерии
Царство Грибы
Царство Прокариотические водоросли
Царство Животные
Прокариоты - это одноклеточные безъядерные организмы, у которых единственная молекула ДНК имеет форму замкнутого кольца и расположена она в цитоплазме небольшой клетки. В клетке отсутствуют мембранные органеллы, а их функции выполняют впячивания мембраны цитоплазмы. Имеются очень маленькие рибосомы. Амитотическое деление клеток осуществляется путем простой перетяжки. Представители: архебактерии - древнейшие бактерии. Сегодня известно около 40 видов. Среди них метанобактерии. Эубактерии - или истинные бактерии, - более поздняя в эволюционном отношении форма. Цианобактерии - цианеи и синезеленые водоросли - фототрофные прокариоты, осуществляющие оксигенный фотосинтез с выделением О2 в атмосферу. По форме клеток среди бактерий выделяются кокки (шаровидные); бациллы (палочковидные); вибрионы (дуговидно изогнутые); спириллы (спиралеобразные). Как правило, бактерии это одноклеточные организмы. Те, которые образуют колонии, существуют независимо друг от друга. При неблагоприятных условиях (засуха, холод, очень высокая влажность) бактерии образуют споры, у которых имеется плотная оболочка вокруг молекулы ДНК с участком цитоплазмы. По отношению к кислороду все бактерии подразделяют на 3 формы: аэробы - нуждающиеся в кислороде; анаэробы - погибающие в присутствии кислорода; факультативные формы - нейтральные и толерантные по отношению к О2.
Сравнительная характеристика грибов, растений и животных»
|
признак |
Царство растений |
Царство грибов |
Царство животных |
|
|
строение клетки |
||||
|
рост |
||||
|
движение |
||||
|
способ питания |
||||
|
поглощение пищи |
||||
|
запасное питательное вещество |
||||
|
способ размножения |
||||
|
разнообразие |
До сегодняшнего дня подразделение живых организмов на подцарства и царства остается предметом спора отечественных и зарубежных биологов. Например, ряд специалистов предлагает делить все живые организмы на три надцарства: акариоты, прокариоты и эукариоты. Причем к акариотам относят только одно Царство - Вирусы. Однако вирусы это частицы настолько простого строения, состоящие из одной молекулы ДНК или РНК, окруженной белковой оболочкой, что их вообще большинство специалистов и сегодня не относит к числу живых организмов. Ведь размножаться вирусы могут только попав в клетки живых организмов. Здесь вирусная ДНК или РНК как бы вынуждает «захваченную» клетку синтезировать по собственной программе новые белки и генетический материал. В результате интенсивного размножения вирусные частицы разрушают живую клетку. Так случается при различных вирусных инфекциях: рините, гепатите, гриппе, полиомиелите и т.д.