Godtgørelse for ansøgere til universiteter
Forfatter Galkin.

Introduktion.

Biologi er videnskaben om livet. Dette er et sæt videnskabelige discipliner, der studerer levende ting. Genstanden for undersøgelse af biologi er således livet i alle dets manifestationer. Hvad er livet? Der er ikke noget fuldstændigt svar på dette spørgsmål indtil videre. Af de mange definitioner af dette koncept er her den mest populære. Livet er en speciel eksistensform og fysisk-kemisk tilstand af proteinlegemer, karakteriseret ved en spejlasymmetri af aminosyrer og sukkerarter, stofskifte, homeostase, irritabilitet, selvreproduktion, systemselvstyre, tilpasningsevne til miljøet, selvudvikling , bevægelse i rummet, informationsoverførsel, fysisk og funktionel diskrethed af individuelle individer eller sociale konglomerater, såvel som den relative uafhængighed af superorganismesystemer, med den generelle fysiske og kemiske enhed af det levende stof i biosfæren.

Systemet af biologiske discipliner omfatter retningen af ​​forskning på systematiske objekter: mikrobiologi, zoologi, botanik, studiet af mennesket osv. Generel biologi betragter de bredeste mønstre, der afslører essensen af ​​livet, dets former og udviklingsmønstre. Dette vidensområde omfatter traditionelt læren om livets oprindelse på Jorden, læren om cellen, den individuelle udvikling af organismer, molekylærbiologi, darwinisme (evolutionær doktrin), genetik, økologi, læren om biosfæren og læren om mennesket.

Livets oprindelse på jorden.

Problemet med livets oprindelse på Jorden har været og er fortsat hovedproblemet, sammen med kosmologi og viden, for at finde stoffets struktur. Moderne videnskab har ikke direkte beviser for, hvordan og hvor livet opstod. Der er kun logiske konstruktioner og indirekte beviser opnået gennem modelforsøg og data inden for paleontologi, geologi, astronomi mv.

Inden for videnskabelig biologi er de mest kendte hypoteser om livets oprindelse på Jorden teorien om panspermi af S. Arrhenius og teorien om livets oprindelse på Jorden som et resultat af en lang evolutionær udvikling af stof foreslået af A. I. Oparin .

Teorien om panspermia var udbredt i slutningen af ​​det 19. og begyndelsen af ​​det 20. århundrede. Og nu har hun mange tilhængere.

Ifølge denne teori blev levende væsener bragt til Jorden fra det ydre rum. Særligt udbredte var antagelser om indførelsen af ​​embryoner af levende organismer til Jorden med meteoritter eller kosmisk støv. Indtil nu, i meteoritter, forsøger de at finde ud af, hvilke tegn på liv. I 1962, amerikanske videnskabsmænd, i 1982, russiske videnskabsmænd rapporterede opdagelsen af ​​resterne af organismer i meteoritter. Men det blev hurtigt vist, at de fundne strukturelle formationer faktisk er mineralgranulat og kun i udseende ligner biologiske strukturer. I 1992 dukkede amerikanske videnskabsmænds værker op, hvor de baseret på en undersøgelse af materiale udvalgt i Antarktis beskriver tilstedeværelsen i meteoritter af rester af levende væsener, der ligner bakterier. Hvad der venter denne opdagelse vil tiden vise. Men interessen for teorien om panspermia er ikke falmet den dag i dag.

Den systematiske udvikling af problemet med livets oprindelse på Jorden begyndte i 1920'erne. I 1924 udkom A. I. Oparins bog "Livets oprindelse", og i 1929 en artikel af D. Haldane om samme emne. Men som Haldane selv senere bemærkede, kunne man næppe finde noget nyt i hans artikel, som Oparin ikke havde. Derfor kan teorien om livets oprindelse på Jorden som følge af det "biologiske big bang" roligt kaldes Oparin-teorien, og ikke Oparin-Haldane-teorien.

Ifølge Oparins teori opstod liv på Jorden. Denne proces bestod af følgende trin: 1) Organiske stoffer dannes af uorganiske stoffer; 2) der sker en hurtig fysisk-kemisk omlægning af primære organiske stoffer. Spejl asymmetriske organiske præbiologiske stoffer under forhold med aktiv vulkansk aktivitet, høj temperatur, stråling, forbedret ultraviolet stråling, tordenvejr hurtigt. Under polymerisationen af ​​venstrehåndede aminosyrer blev der dannet primære proteiner. Samtidig opstod nitrogenholdige baser - nukleotider -; 3) fysiske og kemiske processer bidrog til dannelsen af ​​coacervat-dråber (coacervater) - gel-lignende strukturer; 4) dannelsen af ​​polynukleotider - DNA og RNA og deres inklusion i coacervater; 5) dannelsen af ​​en "film", der adskilte coacervaterne fra miljøet, hvilket førte til fremkomsten af ​​et præbiologisk system, som var et åbent system. Havde evnen til at matrix proteinsyntese og nedbrydning.

I de efterfølgende år blev Oparins teori fuldt ud bekræftet. Den store fordel ved en teori er, at meget af den kan testes eller logisk relateres til verificerbare påstande.

Et ekstremt vigtigt skridt i processen med livets fremkomst var overgangen af ​​uorganiske kulstofforbindelser til organiske. Astronomiske data har vist, at allerede nu foregår dannelsen af ​​organiske stoffer overalt, helt uafhængigt af liv. Heraf blev det konkluderet, at en sådan syntese fandt sted på Jorden under dannelsen af ​​jordskorpen. En række værker om syntese blev startet i 1953 af S. Miller, som syntetiserede en række aminosyrer ved at lede en elektrisk udladning gennem en blanding af gasser, der formentlig udgør den primære atmosfære (brint, vanddamp, ammoniak, metan). Ved at ændre individuelle komponenter og indflydelsesfaktorer opnåede forskellige videnskabsmænd glycin, ascarginsyre og andre aminosyrer. I 1963, ved at modellere forholdene i den gamle atmosfære, opnåede forskere individuelle polypeptider med en molekylvægt på 3000-9000. I de seneste år er den kemiske sammensætning, fysisk-kemiske egenskaber og mekanismen for dannelse af coacervat-dråber blevet undersøgt i detaljer ved Institut for Biokemi ved Det Russiske Videnskabsakademi og Moskva State University. Det blev vist, at samtidig med den generelle udviklingsproces af præbiologiske systemer fandt deres transformation til mere specialiserede strukturer sted.

Og her bliver det klart, at naturlig udvælgelse i fremtiden skal føre til fremkomsten af ​​en celle - en elementær strukturel og funktionel enhed af en levende organisme.

De vigtigste træk ved den levende.

Evnen til at bevæge sig. Tegn, der tydeligt optræder hos dyr, hvoraf mange er i stand til at bevæge sig aktivt. I de simpleste bevægelsesorganer er flageller, cilia osv. Hos mere organiserede dyr opstår lemmer. Planter har også evnen til at bevæge sig. Den encellede alge Chlamydomonas har flageller. Spredning af sporer, spredning af frø, bevægelse i rummet ved hjælp af jordstængler er alle varianter af bevægelse.

Evnen til at vokse. Alle levende ting er i stand til at stige i størrelse og masse på grund af strækning, celledeling osv.

Ernæring, respiration, udskillelse er de processer, hvorved stofskiftet sikres.

Irritabilitet er evnen til at reagere og reagere på ydre påvirkninger.

Reproduktion og fænomenet foranderlighed og arvelighed forbundet med det er det mest karakteristiske træk ved de levende. Enhver levende organisme producerer sin egen art. Afkommet bevarer deres forældres egenskaber og får egenskaber, der kun er karakteristiske for dem.

Kombinationen af ​​disse egenskaber karakteriserer utvivlsomt det levende som et system, der danner stofskifte, irritabilitet og evnen til at reproducere, men man skal huske på, at begrebet levende er meget mere kompliceret (se indledningen).

niveauer af tilrettelæggelse af livet.

Organisationsniveauet er det funktionelle sted for den biologiske struktur af en vis grad af kompleksitet i det generelle "system af systemer" af de levende. Normalt skelnes der mellem molekylære (molekylær-genetiske), cellulære, organismer, populations-arter, biocenotiske, biosfæriske niveauer af organisation.

Den elementære og funktionelle enhed i livet er cellen. En celle har næsten alle hovedtræk ved en levende ting, i modsætning til de såkaldte ikke-cellulære organismer (f.eks. vira), som eksisterer på molekylært niveau.

Organismen er en ægte bærer af liv, karakteriseret ved alle dens bioegenskaber.

En art er en gruppe individer, der ligner hinanden i struktur og oprindelse.

Biocenose er et sammenkoblet sæt af arter, der bor i et mere eller mindre homogent område af land eller vand.

Biosfæren er helheden af ​​alle jordens biocenoser.

Metoder til at studere biologi.

Metoder for moderne biologi er bestemt af dens opgaver. En af biologiens hovedopgaver er viden om verden af ​​levende væsener omkring os. Metoderne i moderne biologi er specifikt rettet mod at studere dette problem.

Videnskabelig forskning begynder normalt med observationer. Denne metode til at studere biologiske objekter er blevet brugt siden begyndelsen af ​​menneskets meningsfulde eksistens. Denne metode giver dig mulighed for at skabe en idé om objektet under undersøgelse, for at indsamle materiale til videre arbejde.

Observation var hovedmetoden i den beskrivende periode for udviklingen af ​​biologi. På baggrund af observationerne opstilles en hypotese.

De næste trin i studiet af biologiske objekter er relateret til eksperimentet.

Det blev grundlaget for biologiens overgang fra beskrivende videnskab til eksperimentel videnskab. Eksperimentet giver dig mulighed for at kontrollere resultaterne af observationer og indhente data, der ikke kan opnås i første fase af undersøgelsen.

Et ægte videnskabeligt eksperiment skal ledsages af et kontroleksperiment.

Forsøget skal være reproducerbart. Dette vil gøre det muligt at opnå pålidelige data og behandle data ved hjælp af en computer.

I de senere år har modelleringsmetoden været meget brugt i biologien. Skabelsen af ​​matematiske modeller af fænomener og processer blev mulig med den udbredte introduktion af computere i biologisk forskning.

Et eksempel er algoritmen til at studere arten af ​​en plante. I første fase studerer forskeren organismens tegn. Resultaterne af observationen registreres i en særlig journal. Baseret på identifikation af alle tilgængelige træk fremsættes en hypotese om, at organismen tilhører en bestemt art. Hypotesens rigtighed bestemmes ved eksperiment. Ved at repræsentanter for den samme art frit formerer sig og producerer frugtbart afkom, dyrker forskeren en organisme fra frø taget fra individet under undersøgelse og krydser den dyrkede organisme med en referenceorganisme, den art, der tilhører, er etableret på forhånd. Hvis der som et resultat af dette eksperiment opnås frø, hvorfra en levedygtig organisme udvikler sig, anses hypotesen for at være bekræftet.

Den økologiske verdens mangfoldighed.

Mangfoldighed, såvel som mangfoldigheden af ​​liv på Jorden, studeres af systematik - den vigtigste del af biologien.

Systemer af organismer er en afspejling af mangfoldigheden af ​​liv på Jorden. Repræsentanter for tre grupper af organismer lever på Jorden: vira, prokaryoter, eukaryoter.

Virus er organismer, der ikke har en cellulær struktur. Prokaryoter og eukaryoter er organismer, hvis vigtigste strukturelle enhed er cellen. Prokaryote celler har ikke en velformet cellekerne. I eukaryoter har cellen en ægte kerne, hvor det nukleare materiale er adskilt fra cytoplasmaet af en to-membran membran.

Prokaryoter omfatter bakterier og blågrønalger. Bakterier er encellede, for det meste heterozygote organismer. Blågrønalger er encellede, koloniale eller flercellede organismer med en blandet type ernæring. Blågrønne celler har klorofyl, der giver autotrofisk næring, men blågrønne kan optage færdige organiske stoffer, som de bygger deres egne makromolekylære stoffer af. Der er tre kongeriger inden for eukaryoter: svampe, planter og dyr. Svampe er heterotrofe organismer, hvis krop er repræsenteret af myceliet. En særlig gruppe af svampe er laver, hvor svampesymbiioner er encellede eller blågrønne alger.

Planter er primært autotrofe organismer.

Dyr er heterozygote eukaryoter.

Levende organismer på Jorden eksisterer i samfundets tilstand - biocenoser.

Selve viruss relation til organismer kan diskuteres, da de ikke kan formere sig uden for cellen og ikke har en cellulær struktur. Og alligevel mener de fleste biologer, at vira er de mindste levende organismer.

Den russiske botaniker D.I. Ivanovsky betragtes som opdageren af ​​vira, men først med opfindelsen af ​​elektronmikroskopet blev det muligt at studere strukturen af ​​disse mystiske strukturer. Virus er meget simple. Virusets "kerne" er et DNA- eller RNA-molekyle. Denne "kerne" er omgivet af en proteinkappe. Nogle vira udvikler en lipoproteinkappe, der opstår fra værtscellens cytoplasmatiske membran.

Når vira først er inde i cellen, opnår de evnen til at reproducere sig selv. Samtidig "slukker" de værts-DNA'et og giver ved hjælp af deres nukleinsyre kommandoen til at syntetisere nye kopier af virussen. Virus kan "angribe" cellerne i alle grupper af organismer. Virus, der "angriber" bakterier, får et særligt navn - bakteriofager.

Betydningen af ​​vira i naturen er forbundet med deres evne til at forårsage forskellige sygdomme. Dette er mosaikken af ​​blade, influenza, kopper, mæslinger, polio, fåresyge og "pesten" i det tyvende århundrede - AIDS.

Metoden til overførsel af vira udføres af dråbevæske, ved kontakt, ved hjælp af bærere (lopper, rotter, mus osv.), gennem afføring og mad.

Erhvervet immundefektsyndrom (AIDS). AIDS-virus.

AIDS er en infektionssygdom forårsaget af et RNA-virus. AIDS-viruset har en stavformet eller oval eller rund form. I sidstnævnte tilfælde når dens diameter 140 nm. Virusset består af RNA, et revartaseenzym, to typer proteiner, to typer glykoproteiner og lipider, der danner den ydre membran. Enzymet katalyserer reaktionen af ​​DNA-strengsyntese på den virale RNA-skabelon i en virus-ramt celle. AIDS-viruset udtrykkes til T-lymfocytter.

Virussen er ustabil over for miljøet, følsom over for mange antiseptika. Virussens infektiøse aktivitet reduceres 1000 gange, når den opvarmes til en temperatur på 56C i 30 minutter.

Sygdommen overføres seksuelt eller gennem blod. Infektion med AIDS er normalt dødelig!

Grundlæggende om cytologi.

Grundlæggende bestemmelser i celleteorien.

Buret blev opdaget i anden halvdel af det 17. århundrede. Studiet af cellen udviklede sig særligt stærkt i anden halvdel af 1800-tallet i forbindelse med skabelsen af ​​celleteorien. Det cellulære forskningsniveau er blevet det ledende princip for de vigtigste biologiske discipliner. I biologi har et nyt afsnit taget form - cytologi. Genstanden for undersøgelse af cytologi er cellerne i flercellede organismer såvel som organismer, hvis krop er repræsenteret af en enkelt celle. Cytologi studerer strukturen, den kemiske sammensætning, måder at reproduktion på, adaptive egenskaber.

Det teoretiske grundlag for cytologi er den cellulære teori. Celleteorien blev formuleret i 1838 af T. Schwann, selvom de to første bestemmelser i celleteorien tilhører M. Schleiden, som studerede planteceller. T. Schwann, en velkendt specialist i strukturen af ​​dyreceller, kom i 1838, baseret på dataene fra M. Schleidens værker og resultaterne af hans egen forskning, følgende konklusioner:

Cellen er den mindste strukturelle enhed af levende organismer.

Celler dannes som et resultat af levende organismers aktivitet.

Dyre- og planteceller har flere ligheder end forskelle.

Cellerne i flercellede organismer er indbyrdes forbundet strukturelt og funktionelt.

Yderligere undersøgelse af strukturen og livsaktiviteten gjorde det muligt at lære meget om det. Dette blev lettet af perfektionen af ​​mikroskopiske teknikker, forskningsmetoder og ankomsten af ​​mange talentfulde forskere inden for cytologi. Strukturen af ​​kernen blev undersøgt i detaljer, en cytologisk analyse af så vigtige biologiske processer som mitose, meiose og befrugtning blev udført. Selve cellens mikrostruktur blev kendt. Celleorganeller blev opdaget og beskrevet. Det 20. århundredes cytologiske forskningsprogram satte opgaven med at belyse og mere præcist skelne cellens egenskaber. Derfor blev der lagt særlig vægt på studiet af cellens kemiske sammensætning og den mekanisme, hvorved cellen absorberer stoffer fra miljøet.

Alle disse undersøgelser har gjort det muligt at multiplicere og udvide bestemmelserne i celleteorien, hvis hovedpostulater i øjeblikket ser sådan ud:

Cellen er den grundlæggende og strukturelle enhed af alle levende organismer.

Celler dannes kun fra celler som følge af deling.

Cellerne i alle organismer ligner hinanden i struktur, kemisk sammensætning og grundlæggende fysiologiske funktioner.

Cellerne i flercellede organismer danner et enkelt funktionelt kompleks.

Celler af højere planter og dyr danner funktionelt beslægtede grupper - væv; Organer, der udgør kroppen, er dannet af væv.

Strukturelle træk ved prokaryote og eukaryote celler.

Prokaryoter er de ældste organismer, der danner et selvstændigt rige. Prokaryoter omfatter bakterier, blågrønne "alger" og en række andre små grupper.

Prokaryote celler har ikke en særskilt kerne. Det genetiske apparat præsenteres. består af cirkulært DNA. Der er ingen mitokondrier og Golgi-apparatet i cellen.

Eukaryoter er organismer, der har en ægte kerne. Eukaryolter omfatter repræsentanter for planteriget, dyreriget og svamperiget.

Eukaryote celler er normalt større end prokaryote celler, opdelt i separate strukturelle elementer. DNA bundet til et protein danner kromosomer, som er placeret i kernen, omgivet af en kernekappe og fyldt med karyoplasma. Opdelingen af ​​eukaryote celler i strukturelle elementer udføres ved hjælp af biologiske membraner.

eukaryote celler. Struktur og funktioner.

Eukaryoter omfatter planter, dyr, svampe.

Strukturen af ​​plante- og svampeceller diskuteres detaljeret i botanikafsnittet "Manualer for ansøgere til universiteter" udarbejdet af M. A. Galkin.

I denne manual vil vi påpege de karakteristiske træk ved dyreceller, baseret på en af ​​celleteoriens bestemmelser. "Der er flere ligheder mellem plante- og dyreceller end forskelle."

Dyreceller har ikke en cellevæg. Det er repræsenteret af en nøgen protoplast. Grænselaget af en dyrecelle - glycocalyx er det øverste lag af den cytoplasmatiske membran "forstærket" af polysaccharid molekyler, som er en del af det intercellulære stof end i cellen.

Mitokondrier har foldede cristae.

Dyreceller har et cellecenter bestående af to centrioler. Dette tyder på, at enhver dyrecelle potentielt er i stand til at dele sig.

Inkludering i en dyrecelle præsenteres i form af korn og dråber (proteiner, fedtstoffer, kulhydratglykogen), slutprodukter af metabolisme, saltkrystaller, pigmenter.

I dyreceller kan der være kontraktile, fordøjelses-, udskillelsesvakuoler af små størrelser.

Der er ingen plastider i cellerne, indeslutninger i form af stivelseskorn, korn, store vakuoler fyldt med juice.

Celledeling.

En celle dannes kun af en celle som følge af deling. Eukaryote celler deler sig efter typen af ​​mitose eller efter typen af ​​meiose. Begge disse opdelinger forløber i tre faser:

Inddelingen af ​​planteceller efter typen af ​​mitose og typen af ​​meiose er beskrevet detaljeret i afsnittet "Botanik" i manualen for ansøgere til universiteter udarbejdet af M. A. Galkin.

Her angiver vi kun funktionerne ved division for dyreceller.

Funktioner ved deling i dyreceller er forbundet med fraværet af en cellevæg i dem. Når en celle deler sig efter typen af ​​mitose i cytokinese, sker adskillelsen af ​​datterceller allerede i første trin.I planter tager datterceller form under beskyttelse af cellevæggen i modercellen, som først ødelægges efter udseendet af den primære cellevæg i dattercellerne. Når en celle deler sig efter typen af ​​meiose hos dyr, sker der deling allerede i telofase 1. Hos planter, i telofase 1, ophører dannelsen af ​​en binukleær celle.

Dannelsen af ​​delingsspindlen i telofase 1 er forudgået af divergensen af ​​centrioler til cellens poler. Fra centriolerne begynder dannelsen af ​​spindelfilamenter. Hos planter begynder spindelfilamenter at dannes fra polklynger af mikrotubuli.

Cellebevægelse. Bevægelsesorganeller.

Levende organismer, der består af én celle, har ofte evnen til aktivt at bevæge sig. Bevægelsesmekanismerne, der er opstået i evolutionsprocessen, er meget forskellige. De vigtigste former for bevægelse er - amøboid og ved hjælp af flageller. Derudover kan celler bevæge sig ved at udskille slim eller ved at flytte hovedstoffet i cytoplasmaet.

Amøbebevægelsen har fået sit navn fra den enkleste organisme - amøben. Bevægelsesorganerne i amøben er falske ben - pseudo-lighed, som er fremspring af cytoplasmaet. De dannes forskellige steder på overfladen af ​​cytoplasmaet. De kan forsvinde og dukke op igen andre steder.

Bevægelse ved hjælp af flageller er karakteristisk for mange encellede alger (for eksempel chlamydomonas), protozoer (for eksempel grønne euglena) og bakterier. Bevægelsesorganerne i disse organismer er flageller - cytoplasmatiske udvækster på overfladen af ​​cytoplasmaet.

Cellens kemiske sammensætning.

Den kemiske sammensætning af cellen er tæt forbundet med funktionerne i strukturen og funktionen af ​​denne elementære og funktionelle enhed af de levende.

Såvel som morfologisk er den mest almindelige og universelle for celler af repræsentanter for alle kongeriger den kemiske sammensætning af protoplasten. Sidstnævnte indeholder omkring 80 % vand, 10 % organisk stof og 1 % salte. Den ledende rolle i dannelsen af ​​protoplasten blandt dem er primært proteiner, nukleinsyrer, lipider og kulhydrater.

Ifølge sammensætningen af ​​kemiske elementer er protoplasten ekstremt kompleks. Den indeholder både stoffer med en lille molekylvægt og stoffer med et stort molekyle. 80% af vægten af ​​protoplasten består af højmolekylære stoffer og kun 30% er lavmolekylære forbindelser. På samme tid er der for hvert makromolekyle hundredvis, og for hvert stort makromolekyle er der tusinder og titusinder af molekyler.

Hvis vi overvejer indholdet af kemiske elementer i cellen, skal det første sted gives til ilt (65-25%). Dernæst kommer kulstof (15-20%), brint (8-10%) og nitrogen (2-3%). Antallet af andre elementer, og omkring hundrede af dem blev fundet i cellerne, er meget mindre. Sammensætningen af ​​kemiske elementer i en celle afhænger både af organismens biologiske egenskaber og af habitatet.

Uorganiske stoffer og deres rolle i cellens liv.

Cellens uorganiske stoffer omfatter vand og salte. For livsprocesser, af de kationer, der udgør saltene, er de vigtigste K, Ca, Mg, Fe, Na, NH, fra anionerne NO, HPO, HPO.

Ammonium- og nitrationer reduceres til planteceller til NH og indgår i syntesen af ​​aminosyrer; Hos dyr bruges aminosyrer til at bygge deres egne proteiner. Når organismer dør, indgår de i kredsløbet af stoffer i form af frit nitrogen. De er en del af proteiner, aminosyrer, nukleinsyrer og ATP. Hvis fosfor-fosfater, der er i jorden, opløses af planternes rodsekret og absorberes. De er en del af alle membranstrukturer, nukleinsyrer og ATP, enzymer, væv.

Kalium findes i alle celler i form af K-ioner.Cellens "kaliumpumpe" fremmer indtrængning af stoffer gennem cellemembranen. Det aktiverer de vitale processer af celler, excitationer og impulser.

Calcium findes i celler i form af ioner eller saltkrystaller. Inkluderet i blodet bidrager til dets koagulering. Inkluderet i knogler, skaller, kalkskeletter af koralpolypper.

Magnesium findes i form af ioner i planteceller. Inkluderet i klorofyl.

Jernioner er en del af hæmoglobinet i røde blodlegemer, som sørger for ilttransport.

Natriumioner er involveret i transporten af ​​stoffer over membranen.

I første omgang blandt de stoffer, der udgør cellen, er vand. Det er indeholdt i hovedstoffet i cytoplasmaet, i cellesaften, i karyoplasmaet, i organeller. Indgår i reaktioner af syntese, hydrolyse og oxidation. Det er et universelt opløsningsmiddel og en kilde til ilt. Vand giver turgor, regulerer osmotisk tryk. Endelig er det et medium for fysiologiske og biokemiske processer, der forekommer i cellen. Ved hjælp af vand sikres transport af stoffer gennem den biologiske membran, processen med termoregulering mv.

Vand med andre komponenter - organiske og uorganiske, høj og lav molekylvægt - er involveret i dannelsen af ​​protoplaststrukturen.

Organiske stoffer (proteiner, kulhydrater, lipider, nukleinsyrer, ATP), deres struktur og rolle i cellens liv.

Cellen er den elementære struktur, hvori alle hovedstadier af biologisk metabolisme udføres, og alle de vigtigste kemiske komponenter i levende stof er indeholdt. 80% af vægten af ​​protoplasten består af makromolekylære stoffer - proteiner, kulhydrater, lipider, nukleinsyrer.

Blandt hovedkomponenterne i protoplasma hører den førende værdi til proteinet. Proteinmakromolekylet har den mest komplekse sammensætning og struktur og er karakteriseret ved en ekstrem rig manifestation af kemiske og fysisk-kemiske egenskaber. Det indeholder en af ​​de vigtigste egenskaber ved levende stof - biologisk specificitet.

Aminosyrer er de vigtigste byggesten i et proteinmolekyle. Molekylerne af de fleste aminosyrer indeholder hver en carboxyl- og en amingruppe. Aminosyrer i et protein er forbundet gennem peptidbindinger på grund af carboxyl- og - amingrupper, det vil sige, at et protein er en polymer, hvis monomer er aminosyrer. Proteinerne fra levende organismer er dannet af tyve "gyldne" aminosyrer.

Det sæt af peptidbindinger, der forener en kæde af aminosyrerester, danner en peptidkæde - en slags rygrad af polypeptidmolekyler.

I et proteinmakromolekyle skelnes der adskillige strukturordener - primær, sekundær, tertiær. Den primære struktur af et protein bestemmes af sekvensen af ​​aminosyrerester. Den sekundære struktur af polypeptidkæder er en kontinuerlig eller diskontinuerlig helix. Den rumlige orientering af disse helixer eller kombinationen af ​​flere polypeptider udgør et højere ordenssystem - en tertiær struktur, der er karakteristisk for molekylerne af mange proteiner. For store proteinmolekyler er sådanne strukturer kun underenheder, hvis indbyrdes rumlige arrangement udgør en kvaternær struktur.

Fysiologisk aktive proteiner har en kugleformet struktur såsom en spole eller cylinder.

Aminosyresekvensen og strukturen bestemmer proteinets egenskaber, og egenskaberne bestemmer funktionen. Der er proteiner, der er uopløselige i vand, og der er proteiner, der er frit opløselige i vand. Der er proteiner, der kun er opløselige i svage opløsninger af alkali eller 60-80% alkohol. Proteiner adskiller sig også i molekylvægt og dermed i størrelsen af ​​polypeptidkæden. Et proteinmolekyle under indflydelse af visse faktorer er i stand til at bryde eller slappe af. Dette fænomen kaldes denaturering. Denatureringsprocessen er reversibel, dvs. proteinet er i stand til at ændre sine egenskaber.

Funktionerne af proteiner i cellen er forskellige. Det er først og fremmest opbygningsfunktioner – proteinet er en del af membranerne. Proteiner fungerer som katalysatorer. De fremskynder reaktionerne. Cellulære katalysatorer kaldes enzymer. Proteiner udfører også en transportfunktion. Et godt eksempel er hæmoglobin, et iltbærende middel. Den beskyttende funktion af proteiner er kendt. Husk dannelsen i celler af stoffer, der binder og neutraliserer stoffer, der kan skade cellen. Selvom det er ubetydeligt, udfører proteiner en energifunktion. Ved at nedbryde til aminosyrer frigiver de energi.

Omkring 1 % af cellens tørstof er kulhydrater. Kulhydrater opdeles i simple sukkerarter, lavmolekylære kulhydrater og højmolekylære sukkerarter. Alle typer kulhydrater indeholder kulstof-, brint- og oxygenatomer.

Simple sukkerarter, eller monoser, opdeles i pentoser og heptoser efter antallet af kulstofenheder i molekylet. Af de lavmolekylære kulhydrater i naturen er saccharose, maltose og lactose de mest udbredte. Kulhydrater med høj molekylvægt er opdelt i simple og komplekse. Simple er polysaccharider, hvis molekyler består af rester af en hvilken som helst monose. Disse er stivelse, glykogen, cellulose. Komplekse omfatter pektin, slim. Sammensætningen af ​​komplekse kulhydrater omfatter ud over monoser produkterne fra deres oxidation og reduktion.

Kulhydrater udfører en byggefunktion, der danner grundlaget for cellevæggen. Men kulhydraternes hovedfunktion er energi. Når komplekse kulhydrater nedbrydes til simple, og simple til kuldioxid og vand, frigives en betydelig mængde energi.

Alle dyre- og planteceller indeholder lipider. Lipider omfatter stoffer af forskellig kemisk natur, men med fælles fysiske og kemiske egenskaber, nemlig: Uopløselighed i vand og god opløselighed i organiske opløsningsmidler - ether, benzen, benzin, chloroform.

Ifølge deres kemiske sammensætning og struktur er lipider opdelt i fosfolipider, sulfolipider, steroler, fedtopløselige pigmenter, fedtstoffer og voksarter. Lipidmolekyler er rige på hydrofobe radikaler og grupper.

Lipiders opbygningsfunktion er stor. Hovedparten af ​​biologiske membraner består af lipider. Ved nedbrydning af fedtstoffer frigives en stor mængde energi. Lipider omfatter nogle vitaminer (A, D). Lipider udfører en beskyttende funktion hos dyr. De aflejres under huden, hvilket skaber et lag med lav varmeledningsevne. Kamelens fedt er kilden til vand. Et kilo fedt oxiderer og giver et kilo vand.

Nukleinsyrer spiller ligesom proteiner en ledende rolle i metabolismen og den molekylære organisering af levende stof. De er forbundet med proteinsyntese, cellevækst og -deling, dannelsen af ​​cellulære strukturer og som følge heraf kroppens dannelse og arvelighed.

Nukleinsyrer indeholder tre grundlæggende byggesten: phosphorsyre, et kulhydrat af pentosetypen og nitrogenholdige baser; når de kombineres, danner de nukleotider. Nukleinsyrer er polynukleotider, dvs. polymerisationsprodukter af et stort antal nukleotider. I nukleotider er strukturelle elementer forbundet i følgende rækkefølge: phosphorsyre - pentose - nitrogenholdig base. Samtidig er pentose forbundet med phosphorsyre ved en etherbinding og med en base - ved en glucosidbinding. Forbindelsen mellem nukleotiderne i nukleinsyren udføres gennem phosphorsyre, hvis frie radikaler forårsager nukleinsyrernes sure egenskaber.

I naturen er der to typer nukleinsyrer - ribonukleinsyre og deoxyribonukleinsyre (RNA og DNA). De adskiller sig i kulstofkomponenten og sættet af nitrogenholdige baser.

RNA indeholder ribose som en kulstofkomponent, DNA indeholder deoxyribose.

De nitrogenholdige baser af nukleinsyrer er derivater af purin og pyramidin. Førstnævnte omfatter adenin og guanin, som er essentielle komponenter i nukleinsyrer. Pyramidinderivater er cytosin, thymin, uracil. Af disse kræves kun cytosin til begge nukleinsyrer. Hvad angår thymin og uracil, er førstnævnte karakteristisk for DNA, sidstnævnte for RNA. Afhængigt af tilstedeværelsen af ​​en nitrogenholdig base kaldes nukleotider adenin, cytosyl, guanin, thymin, uracil.

Nukleinsyrernes strukturelle struktur blev kendt efter den største opdagelse gjort i 1953 af Watson og Crick.

DNA-molekylet består af to spiralformede polynukleotidkæder snoet rundt om en fælles akse. Disse kæder vender mod hinanden med nitrogenholdige baser. Sidstnævnte holder begge kæder sammen i hele molekylet. Kun to kombinationer er mulige i et DNA-molekyle: adenin med thymin og guanin med cytosin. Langs helixen dannes der to "riller" i makromolekylet - den ene lille placeret mellem to polynukleotidkæder, den anden - en stor - repræsenterer en åbning mellem vindingerne. Afstanden mellem basepar langs DNA-molekylets akse er 3,4 A. 10 par nukleotider passer ind i henholdsvis en drejning af helixen, længden af ​​en drejning er 3,4 A. Helixens tværsnitsdiameter er 20 A. DNA i eukaryoter er indeholdt i cellekernen, hvor er en del af kromosomerne, og i cytoplasmaet, hvor det findes i mitokondrier og kloroplaster.

En særlig egenskab ved DNA er dets evne til at duplikere sig selv - denne proces med selvreproduktion vil bestemme overførslen af ​​arvelige egenskaber fra modercellen til datteren.

Syntesen af ​​DNA går forud af overgangen af ​​dets struktur fra dobbeltstrenget til enkeltstrenget. Derefter, på hver polynukleotidkæde, da der dannes en ny polynukleotidkæde på matrixen, hvor nukleotidsekvensen svarer til den oprindelige, er en sådan sekvens bestemt af princippet om basekomplementaritet. Mod hvert A står T, mod C - G.

Ribonukleinsyre (RNA) er en polymer, hvis monomerer er ribonukleotider: adenin, cytosin, guanin, uracil.

I øjeblikket er der tre typer RNA - strukturel, opløselig eller transport, informativ. Strukturelt RNA findes hovedsageligt i ribosomer. Derfor kaldes det ribosomalt RNA. Det udgør op til 80 % af al celle-RNA. Transfer RNA består af 80-80 nukleotider. Det findes i hovedstoffet i cytoplasmaet. Det udgør cirka 10-15% af alt RNA. Det spiller rollen som en bærer af aminosyrer til ribosomerne, hvor proteinsyntesen finder sted. Messenger-RNA er ikke særlig homogent; den kan have en molekylvægt på 300.000 til 2 millioner eller mere og er ekstremt metabolisk aktiv. Messenger-RNA dannes kontinuerligt i kernen på DNA, som spiller rollen som skabelon, og sendes til ribosomer, hvor det deltager i proteinsyntesen. I denne henseende kaldes messenger RNA messenger RNA. Det er 10-5% af den samlede mængde RNA.

Blandt cellens organiske stoffer indtager adenintriphosphorsyre en særlig plads. Det indeholder tre kendte komponenter: den nitrogenholdige base adenin, kulhydrat (ribose) og fosforsyre. Et træk ved strukturen af ​​ATP er tilstedeværelsen af ​​to yderligere phosphatgrupper knyttet til den allerede eksisterende phosphorsyrerest, hvilket resulterer i dannelsen af ​​energirige bindinger. Sådanne forbindelser kaldes makroenergetiske. En makroenergibinding i et gram-molekyle af et stof indeholder op til 16.000 kalorier. ATP og ADP dannes under respiration på grund af den energi, der frigives under den oxidative nedbrydning af kulhydrater, fedtstoffer osv. Den omvendte proces, dvs. overgangen fra ATP til ADP, ledsages af frigivelsen af ​​energi, som direkte bruges i visse liv processer - i syntesestoffer, i bevægelsen af ​​det grundlæggende stof i cytoplasmaet, i ledningen af ​​excitationer osv. ATP er en enkelt og universel energikilde, der forsyner cellen. Som det er blevet kendt i de senere år, er ATP og ADP, AMP udgangsmaterialet for dannelsen af ​​nukleinsyrer.

Regulerings- og signalstoffer.

Proteiner har en række bemærkelsesværdige egenskaber.

Enzymer. De fleste af reaktionerne af assimilering og dissimilering i kroppen sker med deltagelse af enzymer - proteiner, der er biologiske katalysatorer. I øjeblikket er eksistensen af ​​omkring 700 enzymer kendt. Alle af dem er simple eller komplekse proteiner. Sidstnævnte er sammensat af protein og coenzym. Coenzymer er forskellige fysiologisk aktive stoffer eller deres derivater - nukleotider, flaviner osv.

Enzymer er karakteriseret ved ekstrem høj aktivitet, som i høj grad afhænger af mediets pH. For enzymer er deres specificitet mest karakteristisk. Hvert enzym er kun i stand til at regulere en strengt defineret type reaktion.

Enzymer fungerer således som acceleratorer og regulatorer af næsten alle biokemiske processer i cellen og i kroppen.

Hormoner er hemmelighederne bag de endokrine kirtler. Hormoner sikrer syntesen af ​​visse enzymer i cellen, aktiverer eller hæmmer deres arbejde. Således accelererer de kroppens vækst og celledeling, forbedrer muskelfunktionen, regulerer optagelsen og udskillelsen af ​​vand og salte. Hormonsystemet sikrer sammen med nervesystemet aktiviteten af ​​kroppen som helhed, gennem hormonernes særlige virkning.

Vitaminer. Deres biologiske rolle.

Vitaminer er organiske stoffer, der produceres i dyrekroppen eller tilføres foder i meget små mængder, men absolut nødvendige for et normalt stofskifte. Manglen på vitaminer fører til sygdommen hypo- og avitaminose.

I øjeblikket kendes mere end 20 vitaminer. Disse er vitaminer i gruppe B, vitaminer E, A, K, C, PP osv.

Vitaminers biologiske rolle ligger i det faktum, at i deres fravær eller mangel bliver arbejdet af visse enzymer forstyrret, biokemiske reaktioner og normal celleaktivitet forstyrres.

Biosyntese af proteiner. Genetisk kode.

Biosyntesen af ​​proteiner, eller rettere polypeptidkæder, udføres på ribosomer, men dette er kun den sidste fase af en kompleks proces.

Information om strukturen af ​​polypeptidkæden er indeholdt i DNA. Et DNA-segment, der bærer information om en polypeptidkæde, er et gen. Da dette blev kendt, blev det klart, at nukleotidsekvensen af ​​DNA skal bestemme aminosyresekvensen af ​​polypeptidkæden. Dette forhold mellem baser og aminosyrer er kendt som den genetiske kode. DNA-molekylet er som bekendt bygget op af fire typer nukleotider, som omfatter en af ​​de fire baser: adenin (A), guanin (G), thymin (T), cytosin (C). Nukleotider er forbundet i en polynukleotidkæde. Med dette alfabet på fire bogstaver skrives instruktioner til syntesen af ​​et potentielt uendeligt antal proteinmolekyler. Hvis en base bestemte positionen af ​​en aminosyre, ville kæden kun indeholde fire aminosyrer. Hvis hver aminosyre blev kodet af to baser, så kunne 16 aminosyrer kodes under anvendelse af en sådan kode. Kun en kode bestående af basetripletter (en tripletkode) kan sikre, at alle 20 aminosyrer er inkluderet i polypeptidkæden. Denne kode inkluderer 64 forskellige trillinger. I øjeblikket er den genetiske kode kendt for alle 20 aminosyrer.

Hovedtrækkene i den genetiske kode kan formuleres som følger.

Koden, der bestemmer inklusion af en aminosyre i en polypeptidkæde, er en triplet af baser i DNA-polypeptidkæden.

Koden er universel: de samme tripletter koder for de samme aminosyrer i forskellige mikroorganismer.

Koden er degenereret: en given aminosyre kan kodes for af mere end én triplet. For eksempel er aminosyren leucin kodet af tripletterne GAA, GAG, GAT, GAC.

Overlappende kode: for eksempel læses nukleotidsekvensen AAACAATTA kun som AAA/CAA/TTA. Det skal bemærkes, at der er tripletter, der ikke koder for en aminosyre. Funktionen af ​​nogle af disse trillinger er blevet etableret. Det er startkodoner, nulstillingskodoner osv. Andres funktioner kræver afkodning.

Basesekvensen i et gen, som bærer information om polypeptidkæden, "omskrives i dens komplementære basesekvens af informations- eller messenger-RNA. Denne proces kaldes transkription I-RNA-molekylet dannes som et resultat af, at frie ribonukleotider binder sig til hinanden under påvirkning af RNA-polymerase i overensstemmelse med reglerne for DNA- og RNA-baseparring (A-U, G-C, T-A, C-G). Syntetiserede I-RNA-molekyler, der bærer genetisk information, forlader kernen og går til ribosomerne. Her foregår en proces kaldet translation - sekvensen af ​​tripletter af baser i I-RNA-molekylet oversættes til en specifik sekvens af aminosyrer i polypeptidkæden.

Adskillige ribosomer er knyttet til enden af ​​DNA-molekylet og danner et polysom. Hele denne struktur er en række forbundne ribosomer. På samme tid kan syntesen af ​​flere polypeptidkæder udføres på ét I-RNA-molekyle. Hvert ribosom består af to underenheder, en lille og en stor. I-RNA Hæfter til overfladen af ​​den lille underenhed i nærvær af magnesiumioner. I dette tilfælde viser dets to første oversatte kodoner sig at vende mod den store underenhed af ribosomet. Det første kodon binder et t_RNA-molekyle, der indeholder en komplementær anticodon og bærer den første aminosyre i det syntetiserede polypeptid. Den anden anticodon vedhæfter derefter et aminosyre-tRNA-kompleks, der indeholder et anticodon, der er komplementært til dette kodon.

Ribosomets funktion er at holde i-RNA-, t-RNA- og proteinfaktorerne involveret i translationsprocessen i den rigtige position, indtil der dannes en peptidbinding mellem tilstødende aminosyrer.

Så snart en ny aminosyre har sluttet sig til den voksende polypeptidkæde, bevæger ribosomet sig langs mRNA-strengen for at placere den næste kodon på dens rigtige plads. t-RNA-molekylet, som tidligere var forbundet med polypeptidkæden, nu befriet fra aminosyren, forlader ribosomet og vender tilbage til hovedstoffet i cytoplasmaet for at danne et nyt aminosyre-t-RNA-kompleks. Denne sekventielle "læsning" af ribosomet af "teksten" indeholdt i mRNA'et fortsætter, indtil processen når et af stopkodonerne. Sådanne kodoner er tripletter UAA, UAG eller UGA. På dette stadium forlader polypeptidkæden, hvis primære struktur blev kodet i DNA-regionen - genet, ribosomet, og translationen er fuldført.

Efter at polypeptidkæderne er adskilt fra ribosomet, kan de erhverve deres egen sekundære, tertiære eller kvaternære struktur.

Afslutningsvis skal det bemærkes, at hele processen med proteinsyntese i cellen sker med deltagelse af enzymer. De tilvejebringer syntesen af ​​i-RNA, "indfangningen" af t-RNA-aminosyrer, forbindelsen af ​​aminosyrer til en polypeptidkæde, dannelsen af ​​en sekundær, tertiær, kvaternær struktur. Det er på grund af enzymernes deltagelse, at proteinsyntese kaldes biosyntese. For at sikre alle stadier af proteinsyntese bruges den energi, der frigives under nedbrydningen af ​​ATP.

Regulering af transkription og translation (proteinsyntese) i bakterier og højere organismer.

Hver celle indeholder et komplet sæt DNA-molekyler. Med information om strukturen af ​​alle polypeptidkæder, der kun kan syntetiseres i en given organisme. Men kun en del af denne information er realiseret i en bestemt celle Hvordan foregår reguleringen af ​​denne proces?

I øjeblikket er kun individuelle mekanismer for proteinsyntese blevet belyst. De fleste enzymproteiner dannes kun i nærværelse af substratstoffer, som de virker på. Strukturen af ​​enzymproteinet er kodet i det tilsvarende gen (strukturgen). Ved siden af ​​det strukturelle gen er et andet operatorgen. Derudover er et særligt stof til stede i cellen - en repressor, der kan interagere både med operatorgenet og med substratstoffet. Syntese af repressoren reguleres af et regulatorgen.

Ved at forbinde operatorgenet interfererer repressoren med den normale funktion af det tilstødende strukturelle gen. Efter binding til et substrat mister repressoren imidlertid sin evne til at binde til operatorgenet og forhindre mRNA-syntese. Dannelsen af ​​selve repressorerne styres af specielle regulatoriske gener, hvis funktion styres af andenordens repressorer. Det er derfor ikke alle, men kun specifikke celler reagerer på et givet substrat ved at syntetisere det tilsvarende enzym.

Imidlertid stopper hierarkiet af repressormekanismer ikke der, der er repressorer af højere orden, hvilket indikerer den fantastiske kompleksitet af genet i cellen, der er forbundet med lanceringen.

Læsningen af ​​"teksten" indeholdt i i-RNA'et stopper, når denne proces når stopkodonet.

Autotrofe (autotrofe) og heterotrofe organismer.

Autotrofe organismer syntetiserer organiske stoffer fra uorganiske stoffer ved hjælp af solens energi eller den energi, der frigives under kemiske reaktioner. Den første kaldes heliotrofer, den anden - kemotrofer. Autotrofe organismer omfatter planter og nogle bakterier.

I naturen er der også en blandet type ernæring, som er karakteristisk for nogle bakterier, alger og protozoer. Sådanne organismer kan syntetisere de organiske stoffer i deres krop fra færdige organiske stoffer og fra uorganiske.

Volumenet af stoffer i cellen.

Mængden af ​​stoffer er en proces med konsekvent forbrug, transformation, brug, akkumulering, tab af stoffer og energi, der gør det muligt for cellen selv at bevare, vokse, udvikle sig og formere sig. Metabolisme består af kontinuerlige processer af assimilering og dissimilering.

Plastudveksling i cellen.

Plastmetabolisme i en celle er et sæt assimileringsreaktioner, det vil sige omdannelsen af ​​visse stoffer inde i cellen fra det øjeblik, de kommer ind til dannelsen af ​​slutprodukter - proteiner, glucose, fedtstoffer osv. Hver gruppe af levende organismer er karakteriseret ved en speciel, genetisk fikseret form for plastisk stofskifte.

Plaststofskifte hos dyr. Dyr er heterotrofe organismer, det vil sige, at de lever af fødevarer, der indeholder færdige organiske stoffer. I tarmkanalen eller tarmhulen nedbrydes de: proteiner til aminosyrer, kulhydrater til monoz, fedtstoffer til fedtsyrer og glycerin. Spaltningsprodukterne trænger ind i blodbanen og direkte ind i kroppens celler. I det første tilfælde ender spaltningsprodukterne igen i kroppens celler. I celler syntetiseres stoffer, som allerede er karakteristiske for en given celle, det vil sige, at der dannes et bestemt sæt af stoffer. Af reaktionerne ved plastikudveksling er de enkleste reaktionerne, der giver syntesen af ​​proteiner. Proteinsyntese sker på ribosomer, ifølge oplysninger om strukturen af ​​proteinet indeholdt i DNA, fra aminosyrer, der kommer ind i cellen. Syntesen af ​​di-, polysaccharider kommer fra monoser i Golgi-apparatet. Fedtstoffer syntetiseres ud fra glycerol og fedtsyrer. Alle syntesereaktioner foregår med deltagelse af enzymer og kræver energiforbrug; ATP giver energi til assimileringsreaktioner.

Plaststofskifte i planteceller har meget til fælles med plastisk stofskifte i dyreceller, men har en vis specificitet forbundet med metoden til planteernæring. Planter er autotrofe organismer. Planteceller, der indeholder kloroplaster, er i stand til at syntetisere organiske stoffer fra simple uorganiske forbindelser ved hjælp af lysenergi. Denne proces, kendt som fotosyntese, tillader planter at producere et molekyle glukose og seks molekyler ilt ved hjælp af klorofyl fra seks molekyler kuldioxid og seks molekyler vand. I fremtiden følger omdannelsen af ​​glukose den vej, vi kender.

Metabolitter, der opstår i planter i forbindelse med metabolisme, giver anledning til proteinernes bestanddele - aminosyrer og fedtstoffer - glycerol og fedtsyrer. Proteinsyntese i planter går som dyr på ribosomer, og fedtsyntese på cytoplasma. Alle reaktioner af plastisk stofskifte i planter foregår med deltagelse af enzymer og ATP. Som følge af plastisk stofskifte dannes der stoffer, der sikrer cellens vækst og udvikling.

Energimetabolisme i cellen og dens essens.

Sættet af dissimileringsreaktioner ledsaget af frigivelse af energi kaldes energimetabolisme. De mest energistoffer er proteiner, fedt og kulhydrater.

Energimetabolisme begynder med fremstillingsfasen, hvor proteiner nedbrydes til aminosyrer, fedtstoffer til glycerol og fedtsyrer, polysaccharider til monosaccharider. Den energi, der genereres på dette stadium, er ubetydelig og spredes i form af varme. Af de resulterende stoffer er hovedleverandøren af ​​energi glucose. Nedbrydningen af ​​glukose i cellen, hvilket resulterer i syntesen af ​​ATP, sker i to faser. Det hele starter med iltfri spaltning – glykolyse. Den anden fase kaldes iltspaltning.

Glykolyse er navnet på den sekvens af reaktioner, hvor et molekyle glucose nedbrydes til to molekyler pyrodruesyre. Disse reaktioner finder sted i grundstoffet i cytoplasmaet og kræver ikke tilstedeværelse af ilt. Processen foregår i to trin. På det første trin omdannes glukose til fructose-1,6,-bisphosphat, og på det andet trin opdeles sidstnævnte i to trekulstofsukkere, som senere omdannes til pyrodruesyre. Samtidig forbruges to ATP-molekyler i første fase i fosforyleringsreaktioner. Nettoudbyttet af ATP under glykolyse er således to ATP-molekyler. Derudover frigives fire brintatomer under glykolysen .. Den samlede reaktion af glykolysen kan skrives som følger:

CHO 2CHO + 4H + 2 ATP

Efterfølgende, i nærvær af oxygen, passerer pyrodruesyre ind i mitokondrier for fuldstændig oxidation til CO og vand (aerob respiration). Hvis der ikke er ilt, så bliver det til enten ethanol eller mælkesyre (anaerob respiration).

Iltnedbrydning (aerob respiration) sker i mitokondrier, hvor pyrodruesyre under påvirkning af enzymer reagerer med vand og nedbrydes fuldstændigt til dannelse af kuldioxid- og brintatomer. Kuldioxid fjernes fra cellen. Brintatomer kommer ind i mitokondriemembranen, hvor de oxideres som følge af den enzymatiske proces. Elektroner og hydrogenkationer transporteres til modsatte sider af membranen ved hjælp af bærermolekyler: elektroner til indersiden, protoner til ydersiden. Elektroner kombineres med ilt. Som et resultat af disse omlejringer oplades membranen positivt udefra og negativt indefra. Når et kritisk niveau af potentialforskel over membranen er nået, skubbes positivt ladede partikler gennem en kanal i enzymmolekylet indbygget i membranen til indersiden af ​​membranen, hvor de kombineres med ilt for at danne vand.

Processen med oxygenrespiration kan repræsenteres som følgende niveau:

2CHO + 6O + 36ADP + 36HPO 36ATP + 6CO + 42NO.

Og den samlede ligning for glykolyse og iltprocessen ser sådan ud:

CHO + 6O + 38ADP + 38HPO 38ATP + 6CO + 44HO

Nedbrydningen af ​​ét glukosemolekyle i cellen til kuldioxid og vand sikrer således syntesen af ​​38 ATP-molekyler.

Det betyder, at i processen med energimetabolisme dannes ATP - den universelle energikilde i cellen.

Kemosyntese.

Hver organisme har brug for en konstant tilførsel af energi for at opretholde livet og udføre de processer, der udgør stofskiftet.

Processen med dannelse af nogle mikroorganismer af organiske stoffer fra kuldioxid på grund af energien opnået fra oxidation af uorganiske forbindelser (ammoniak, brint, svovlforbindelser, jernholdigt jern) kaldes kemosyntese.

Afhængigt af de mineralske forbindelser, som et resultat af oxidationen af ​​hvilke mikroorganismer, og disse er hovedsageligt bakterier, er i stand til at opnå energi, opdeles kemoautotrofer i nitrificerende, brint, svovlbakterier og jernbakterier.

Nitrofytiske bakterier oxiderer ammoniak til salpetersyre. Denne proces foregår i to faser. Først oxideres ammoniak til salpetersyre:

2NH + 3O = 2HNO + 2HO + 660 kJ.

Salpetersyrling omdannes derefter til salpetersyre:

2HNO + O = 2HNO + 158 kJ.

I alt frigives der 818 kJ, som bruges til at udnytte kuldioxid.

I jernbakterier sker oxidationen af ​​jernholdigt jern ifølge ligningen

Da reaktionen er ledsaget af et lavt energiudbytte (46,2*10 J/g oxideret jern), er bakterier nødt til at oxidere en stor mængde jern for at opretholde væksten.

Under oxidationen af ​​et molekyle hydrogensulfid frigives 17,2 * 10 J, et molekyle svovl - 49,8 * 10 J., og et molekyle - 88,6 * 10 J.

Processen med kemosyntese blev opdaget i 1887 af S.N. Vinogradsky. Denne opdagelse kastede ikke kun lys over de særlige forhold ved metabolisme i bakterier, men gjorde det også muligt at bestemme betydningen af ​​bakterier - kemoautotrofer. Det gælder især kvælstoffikserende bakterier, som omdanner kvælstof, der er utilgængeligt for planter, til ammoniak og derved øger jordens frugtbarhed. Processen med bakteriers deltagelse i stoffernes kredsløb i naturen er også blevet tydelig.

reproduktion af organismer.

Former for reproduktion af organismer.

Evnen til at reproducere, dvs. producere en ny generation af den samme art, et af de vigtigste træk ved levende organismer.

Der er to hovedtyper af reproduktion - aseksuel og seksuel.

Aseksuel reproduktion.

Ved aseksuel reproduktion kommer afkom fra en enkelt organisme. Identiske afkom fra samme forælder kaldes en klon. Medlemmer af den samme klon kan kun være genetisk forskellige, hvis der forekommer tilfældige mutationer. Aseksuel reproduktion forekommer ikke kun hos højere dyr. Det er dog kendt, at kloning er blevet udført med succes for nogle arter og højere dyr - frøer, får, køer.

I den videnskabelige litteratur skelnes der mellem flere former for aseksuel reproduktion.

Division. Encellede organismer formerer sig ved deling: hvert individ deler sig i to eller flere datterceller, identiske med modercellen. Sådan er bakterier, amøber, euglena, chlamydomonas osv.

Tvistdannelse. En spore er en encellet reproduktiv struktur. Dannelsen af ​​sporer er karakteristisk for alle planter og svampe.

Spirende. Spiring er en form for aseksuel reproduktion, hvor et nyt individ dannes som en udvækst på moderindividets krop, og derefter adskilles fra det ikke og bliver til en selvstændig organisme. Buddannelse forekommer i coelenterater og i gær.

Reproduktion med fragmenter. Fragmentering er opdelingen af ​​et individ i flere dele, som vokser og danner et nyt individ. Sådan formerer sig spirogyra, lav og nogle typer orme.

vegetativ reproduktion. Dette er en form for aseksuel formering, hvor en relativt stor, normalt differentieret del adskilles fra planten og udvikler sig til en selvstændig plante. Dette er formering med løg, knolde, jordstængler osv. Vegetativ formering er beskrevet detaljeret i Botanik-afsnittet. (Botanik. En vejledning for ansøgere til universiteter. Udarbejdet af M. A. Galkin).

Seksuel reproduktion.

Under seksuel reproduktion opnås afkommet som et resultat af seksuel reproduktion - sammensmeltningen af ​​det genetiske materiale i de haploide kerner. Kernerne er placeret i specialiserede kønsceller - kønsceller. Gameter er haploide - de indeholder et sæt kromosomer opnået som følge af meiose; de tjener som bindeled mellem denne generation og den næste. Gameter kan være ens i størrelse og form, med eller uden flageller, men oftere adskiller mandlige kønsceller sig fra kvindelige. Kvindelige kønsceller - æg er normalt større end mænd, har en afrundet form og har normalt ikke bevægelsesorganer. I æg skelnes elementer af protoplasten også tydeligt, såvel som kernen. Hovedstoffet i cytoplasmaet akkumulerer en stor mængde næringsstoffer. Mandlige kønsceller har en meget forenklet struktur. De er mobile, dvs. har flageller. Disse er spermatozoer. Der er også sædceller uden flageller.

Seksuel reproduktion er af stor biologisk betydning. Under meiose, når gameter dannes, som et resultat af tilfældig adskillelse af kromosomer og udveksling af genetisk materiale mellem homologe kromosomer, opstår der nye kombinationer af gener, der falder ind i én gamet, hvilket øger den genetiske diversitet.

Under befrugtningen smelter kønscellerne sammen og danner en diploid zygote - en celle, der indeholder et kromosomsæt fra hver kønscelle. Denne forening af to sæt kromosomer er det genetiske grundlag for intraspecifik variabilitet.

Parthenogenese.

En af formerne for seksuel reproduktion er parthenogenese - hvor udviklingen af ​​embryonet sker fra et ubefrugtet æg. Parthenogenese er almindelig blandt insekter (bladlus, bier), forskellige hjuldyr, protozoer, som en undtagelse forekommer den hos nogle firben.

Der er to typer parthenogenese - haploid og diploid. Hos myrer opstår der som følge af haploid parthenogenese i samfundet forskellige kaster af organismer - soldater, rengøringsmidler osv. Hos bier opstår droner fra et ubefrugtet æg, hvor sædceller dannes ved mitose. Bladlus gennemgår diploid parthenogenese. I dem, under dannelsen af ​​celler i anafase, divergerer homologe kromosomer ikke - og selve ægget viser sig at være diploid med tre "sterile" polære legemer. Hos planter er parthenogenese et ret typisk fænomen. Her kaldes det apomixis. Som følge af "stimulering" i ægget opstår kromosomfordoblingen. Et normalt embryo udvikler sig fra en diploid celle.

Systematik af planter.

Systematik studerer planters mangfoldighed. Formålet med undersøgelsen af ​​systematik er systematiske kategorier. De vigtigste systematiske kategorier er: arter, slægt, familie, klasse, afdeling, rige.

En art er et sæt af populationer af individer, der er i stand til at avle under naturlige forhold og danne frugtbart afkom. En slægt er en samling af nært beslægtede arter. En familie er en samling af nært beslægtede slægter. Klassen forener nært beslægtede familier, afdelingen - nært beslægtede klasser. I dette tilfælde fungerer planter som et kongerige.

De videnskabelige navne på alle systematiske kategorier er angivet på latin. Navnene på systematiske kategorier over arten består af ét ord. Siden 1753, takket være C. Linnaeus, er binære navne blevet vedtaget for arter. Det første ord betegner arten, det andet er artepitetet. Navnene på systematiske kategorier på russisk er sjældent oversat fra latin, oftere er disse originale navne født blandt folket.

Dannelsen af ​​kønsceller hos mennesker. Strukturen af ​​menneskelige kønsceller. Befrugtning hos mennesker. Den biologiske betydning af befrugtning.

Spermatozoer - mandlige kønsceller dannes som et resultat af en række på hinanden følgende celledelinger - spermatogenese, efterfulgt af en kompleks differentieringsproces kaldet spermiogenese.

For det første giver celledeling af det embryonale epitel, som er placeret i sædrørene, anledning til spermatogoni, som øges i størrelse og bliver til spermatocytter af første orden. Som et resultat af den første deling af meiose danner de diploide spermatocytter af anden orden; efter den anden deling af meiose giver de anledning til spermatozoer. En voksen spermatozoon består af et hoved, en mellemsektion og en flagel (hale). Hovedet består af et akrosom og en kerne omgivet af en membran. Halsen har en centriole. Mitokondrier er placeret i den mellemliggende sektion.

Dannelsen af ​​et æg hos mennesker - oogenese forløber i flere faser. På det første stadium, som et resultat af metotisk deling, dannes oogonia fra cellerne i det rudimentære epitel. Oogonia deler sig efter typen af ​​mitose og giver anledning til første-ordens oocytter. Oocytter og polære legemer dannes af førsteordens oocytter som følge af mitotisk deling.

Befrugtning hos mennesker er intern. Som et resultat af sædcellernes indtrængen i ægget smelter kimcellernes kerner sammen. Der dannes en zygote.

Som et resultat af befrugtning genoprettes det diploide sæt af kromosomer, en ny organisme dannes, der bærer tegn på mor og far. Under dannelsen af ​​kønsceller sker genrekombination, så den nye organisme kombinerer forældrenes bedste egenskaber.

Individuel udvikling af organismen - ontogeni.

Ontogeni er perioden for udvikling af organismen fra den første deling af zygoten til naturlig død.

Udviklingen af ​​embryoet (på eksemplet med dyr).

Uanset hvor udviklingen af ​​embryonet sker, er begyndelsen af ​​dets udvikling forbundet med den første mitotiske deling. Efter nuklear deling fører cytokinese til dannelsen af ​​to diploide datterceller, som kaldes blastomerer. Blastomerer fortsætter med at dele sig efter typen af ​​mitose, med langsgående deling vekslende med tværdeling. Delingen af ​​blastomeren kaldes knusning, fordi der under denne proces ikke forekommer cellevækst, og den resulterende klump af celler - morulaen er i volumen lig med to primære blastomerer. Yderligere udvikling af embryoet er forbundet med dannelsen af ​​blastula. I dette tilfælde danner blastomerer en enkeltlagsvæg omkring det centrale hulrum fyldt med væske. Blastulavæggens celler i et af områderne begynder at dele sig og danner en indre cellemasse. Senere dannes væggens indre lag af denne cellemasse, således adskilles ektodermen - det ydre lag og endodermen - det indre lag af celler. Dette to-lags udviklingsstadium kaldes gastrula. På et senere stadium i udviklingen af ​​embryonet dannes mesodermen - det tredje kimlag. Ektoderm, endoderm og mesoderm giver anledning til alle væv i det udviklende embryo. Ektodermcellerne giver anledning til den første lamina, den første højderyg og ektoblasten. Langs kanten af ​​den første plade vises folder rettet opad, og i den centrale del af neuralrillen, som bliver dybere og bliver til et neuralrør - rudimentet af det centrale nervesystem. Fra den forreste del af neuralrøret dannes hjernen og øjnenes rudimenter. I den forreste del af embryoet dannes rudimenterne af høre- og lugteorganerne fra ektoblasten. Epiblasten giver anledning til epidermis, hår, fjer og skæl. Den neurale kam omdannes til rudimenterne af det nervøse stof i rygsøjlen, kæberne. Fra ektodermen, den primære tarm, indre epitel, rudimenter af kirtler osv. Mesodermen giver anledning til notokorden, somitter, mezechyme og nefrotomer. Fra somiterne udvikles rudimenterne af dermis, musklerne i kropsvæggene, hvirvlerne og skeletmusklerne. Fra mesenkymet, hjertets rudimenter, glatte muskler, blodkar og selve blodet. Nefrotomer giver anledning til livmoderen, binyrebarken, urinlederne mv.

Under udviklingen af ​​afledte kimlag ændres embryonets udseende. Det får en bestemt form, når en vis størrelse. Udviklingen af ​​embryonet ender med udklækning fra ægget eller fødslen af ​​en unge.

Postembryonisk udvikling.

Fra det øjeblik, embryoet klækkes fra ægget eller ungens fødsel, begynder den post-embryonale udvikling. Det kan være direkte, når den fødte organisme i struktur ligner en voksen, og indirekte, når embryonal udvikling fører til udvikling af en larve, som har morfologiske, anatomiske og fysiologiske forskelle fra en voksen. Direkte udvikling er karakteristisk for de fleste hvirveldyr, som omfatter krybdyr, fugle og pattedyr. Den postembryonale udvikling af disse organismer er forbundet med simpel vækst, som allerede fører til kvalitative ændringer - udvikling.

Dyr med indirekte udvikling omfatter coelenterater, flukes, bændelorme, krebsdyr, insekter, bløddyr, pighuder, sækdyr, padder.

Indirekte udvikling kaldes også udvikling med metamorfose. Udtrykket "metamorfose" refererer til de hurtige ændringer, der sker fra larvestadiet til den voksne form. Larver tjener normalt som et spredningsstadium, dvs. de sikrer artens spredning.

Larverne adskiller sig fra den voksne i deres habitat, fodringsbiologi, bevægelsesmåde og adfærdstræk; takket være dette kan arten bruge de muligheder, som to økologiske typer giver under ontogeni, hvilket øger dens chancer for overlevelse. Mange arter, såsom guldsmede, fodrer og vokser kun i larvestadiet. Larverne spiller rollen som en slags overgangsstadie, hvor arten kan tilpasse sig nye livsbetingelser. Derudover har larverne nogle gange fysiologisk udholdenhed, på grund af hvilken de fungerer som et sovende stadium under ugunstige forhold. For eksempel overvintrer majbillen i jorden i form af en larve. Men i de fleste tilfælde, hos insekter, sker dette på et andet stadium af metamorfose - på puppestadiet.

Endelig har larvestadierne nogle gange den fordel, at en forøgelse af antallet af larver er mulig på disse stadier. Som det sker hos nogle fladorme.

Det skal bemærkes, at larverne i mange tilfælde når en meget høj organisation, som for eksempel insektlarver, hvor kun forplantningsorganerne forbliver underudviklede.

Således forbereder de strukturelle og funktionelle ændringer, der sker under metamorfose, en organisme til voksenlivet i et nyt habitat.

Det biologiske ur. Selvregulering. Indflydelsen af ​​forskellige faktorer på udviklingen af ​​organismen. Tilpasning af kroppen til skiftende forhold, Anabiose.

På alle udviklingsstadier - embryostadiet, postembryonal udviklingsstadiet påvirkes kroppen af ​​miljøfaktorer - temperatur, fugtighed, lys, føderessourcer osv.

Kroppen er især modtagelig for påvirkning af miljøfaktorer på embryostadiet og på stadiet af postembryonal udvikling. I fosterstadiet, når organismen udvikler sig i moderens krop og er forbundet med hende af kredsløbssystemet, er moderens adfærd afgørende for dens normale udvikling. Moderen ryger, fosteret "ryger" også. Moderen drikker alkohol, "drikker alkohol" og fosteret. Embryonet er særligt modtageligt for påvirkning i 1-3 måneder efter dets udvikling. En normal livsstil i postembryonal udvikling tillader organismen at eksistere normalt indtil den naturlige død. En organisme er genotypisk tilpasset til at eksistere i et bestemt område af temperaturer, fugtighed, saltholdighed og belysning. Han har brug for en bestemt kost.

Hvalrossisme, vandreture gennem Antarktis, rumflyvninger, sult, frådseri vil helt sikkert føre til udviklingen af ​​en række sygdomme.

En sund livsstil er nøglen til lang levetid.

Alle biologiske systemer er karakteriseret ved en større eller mindre evne til selvregulering. Selvregulering - tilstanden af ​​dynamisk konstanthed i det naturlige system er rettet mod den maksimale begrænsning af virkningerne af det ydre og indre miljø, opretholdelse af den relative konstanthed af kroppens struktur og funktioner.

Derudover udjævnes indflydelsen af ​​forskellige faktorer på kroppen som følge af dannelsen af ​​et komplekst system af fysiologiske reaktioner i organismer på midlertidige - sæsonbestemte og især kortsigtede - daglige ændringer i miljøfaktorer, som er vist i det biologiske ur. Et eksempel er den klare bevarelse af blomstring i planter på bestemte tidspunkter af dagen.

En særlig form for tilpasning af kroppen til skiftende forhold er anabiose - en midlertidig tilstand af kroppen, hvor livsprocesser er så langsomme, at alle synlige manifestationer af livet praktisk talt er fraværende. Evnen til at falde i anabiose bidrager til organismers overlevelse under stærkt ugunstige forhold. Anabiose er almindelig hos svampe, mikroorganismer, planter og dyr. Når gunstige forhold opstår, vender organismer, der er faldet i anabiose, tilbage til aktivt liv. Lad os huske tørrede hjuldyr, cyster, sporer osv.

Al tilpasning af organismer til skiftende forhold er et produkt af naturlig udvælgelse. Naturlig udvælgelse bestemte også amplituden af ​​virkningen af ​​miljøfaktorer, som gør det muligt for organismen at eksistere normalt.

Evolutionær proces og dens regelmæssigheder.

Forudsætninger for fremkomsten af ​​Ch. Darwins evolutionsteori.

Fremkomsten af ​​den evolutionære teori om Charles Darwin, der er beskrevet i hans bog "Arternes oprindelse", blev forudgået af en lang udvikling af biologien, dens funktionelle og anvendte discipliner. Længe før Charles Darwin blev der gjort forsøg på at forklare den tilsyneladende mangfoldighed af organismer.Der blev fremsat forskellige evolutionære hypoteser, der kunne forklare lighederne mellem dyreorganismer. Her skal nævnes Aristoteles, der i det 4. århundrede f.Kr. e. Han formulerede teorien om den kontinuerlige og gradvise udvikling af levende ting fra livløst stof, skabte en idé om naturens stige. I slutningen af ​​det 18. århundrede skabte John Ray begrebet art. Og i 1771-78. K. Linnaeus har allerede foreslået et system af plantearter. Biologien skylder denne videnskabsmand sin videre udvikling.

Værker af K. Linnaeus.

Under K. Linnés storhedstid, som falder i midten af ​​1700-tallet, var biologien domineret af et metafysisk naturbegreb, baseret på uforanderlighed og ur-hensigtsmæssighed.

C. Linnaeus havde enorme samlinger af planter ved hånden og begyndte at systematisere dem. Baseret på D. Rays lære om arten begyndte han at gruppere planter i volumen af ​​denne kategori. I denne aktivitetsperiode skaber K. Linnaeus botanikkens sprog: han definerer essensen af ​​en egenskab og grupperer egenskaberne i egenskaber, skaber ende-til-ende diagnoser - en beskrivelse af arter. K. Linnaeus legaliserede artens binære nomenklatur. Hver art begyndte at blive kaldt med to ord på latin. Den første betegner en generisk tilknytning, den anden er et artsnavn. Beskrivelser af arter blev også skrevet på latin. Dette gjorde det muligt at stille alle beskrivelser til rådighed for videnskabsmænd fra alle lande, da det latinske sprog blev studeret på alle universiteter. En enestående præstation af K. Linnaeus var skabelsen af ​​et system af planter og udviklingen af ​​systematiske kategorier. Baseret på strukturen af ​​reproduktive organer kombinerede K. Linnaeus alle kendte planter i klasser. De første 12 klasser var kendetegnet ved antallet af støvdragere: klasse 1 - enkelte støvdragere, klasse 2 - to støvdragere osv. Planter uden blomster indgik i klasse 14. Disse planter kaldte han mystogame. K. Linnaeus inddelte klasserne i familier, baseret på strukturen af ​​blomsten og andre organer. Fra K. Linnaeus kommer familier som Compositae, Umbelliferae, Cruciferae osv. K. Linnaeus inddelte familierne i slægter. K. Linnaeus anså slægten for at være en kategori fra det virkelige liv, som er skabt separat af skaberen. Han anså arter for at være varianter af slægter, der udviklede sig fra den oprindelige forfader. På de lavere niveauer anerkendte K. Linnaeus således eksistensen af ​​en evolutionær proces, som på nuværende tidspunkt forbliver ubemærket af nogle forfattere af lærebøger og populærvidenskabelige publikationer.

Betydningen af ​​K. Linnaeus' værker er enorm: Han legitimerede den binære nomenklatur, introducerede standardbeskrivelser af arter, foreslog et system af taksonomiske enheder: art, slægt, familie, klasse, orden. Og vigtigst af alt skabte han systemer af planter og dyr, i deres videnskabelige gyldighed, der overgik alle systemer, der eksisterede før ham. De kaldes kunstige på grund af det lille antal funktioner, der blev brugt, men det var K. Linnés systemer, der gjorde det muligt at tale om arternes mangfoldighed og deres ligheder. Systemernes enkelhed tiltrak mange forskere til biologi, satte skub i beskrivelsen af ​​nye arter og bragte biologien til et nyt udviklingsstadium. Biologi begyndte at forklare det levende, men ikke kun at beskrive det.

Evolutionsteorien af ​​J. B. Lamarck.

I 1809 udgav den franske biolog J.B. Lamarck bogen Philosophy of Zoology, som skitserer mekanismen for udviklingen af ​​den organiske verden. Lamarcks evolutionsteori var baseret på to love, som er kendt som loven om træning og ikke-udøvelse af organer og loven om arv af erhvervede egenskaber. For Lamarck lyder disse love sådan. Første lov. ”Hos ethvert dyr, der ikke har nået grænsen for dets udvikling, styrker den hyppigere og uhæmmede brug af et eller andet organ dette organ, udvikler det, øger og giver det styrke i forhold til varigheden af ​​selve brugen, mens den konstante manglende brug af organet svækker det umærkeligt, fører til tilbagegang, formindsker gradvist hans evner og forårsager til sidst hans forsvinden." Anden lov. "Alt, hvad naturen har tvunget til at vinde eller miste, bevarer den ved at avle på andre individer." Essensen af ​​Lamarcks teori er således, at organismer under påvirkning af miljøet oplever ændringer, som er nedarvede. Da ændringer er individuelle i naturen, fører evolutionsprocessen til en række forskellige organismer. Et klassisk eksempel på Lamarcks evolutionsmekanisme er fremkomsten af ​​en lang hals hos en giraf. Mange generationer af hans korthalsede forfædre fodrede sig med træernes blade, for hvilke de skulle nå højere og højere. Den lille forlængelse af halsen, der opstod i hver generation, blev overført til næste generation, indtil den del af kroppen nåede sin nuværende længde.

Lamarcks teori spillede en væsentlig rolle i udviklingen af ​​Charles Darwins synspunkter. Faktisk er linket "miljø - variabilitet - arv" Darwin tog fra Lamarck. Lamarck fandt årsagen til variabiliteten. Årsagen er miljøet. Han forsøgte også at kombinere overførslen af ​​ændringer til afkom, det vil sige arvelighedsmekanismerne. Hans teori om "kimplasma-kontinuitet" varede indtil slutningen af ​​det 19. århundrede.

Med sin enorme betydning og lette opfattelse har Lamarcks evolutionsteori ikke fået bred anerkendelse. Hvad er årsagen til dette. Lamarck foreslog, at mennesket nedstammede fra en slags firearmet. For dette var han under Napoleon, som beordrede ødelæggelsen af ​​hans bog. Lamarck benægtede artens virkelige eksistens, som vendte sig mod ham selv beundrerne af Linné, som omfattede de fleste af biologerne i det tidlige 19. århundrede. Og endelig hans vigtigste metodiske fejl: "alle erhvervede træk er nedarvede." Verifikation af denne bestemmelse gav ikke 100 % bekræftelse, og der blev derfor sat spørgsmålstegn ved hele teorien. Og alligevel, betydningen af ​​teorien om J.B. Lamarck er kæmpestor. Det var ham, der opfandt udtrykket - "evolutionsfaktorer". Og disse faktorer havde et materielt grundlag.

Et utvivlsomt aftryk på C. Darwins verdensbillede blev lavet af J. Cuviers værker om fossile rester og C. Lyell, som demonstrerede progressive ændringer i fossile rester.

Da han rejste rundt i verden på skibet "Bill", var Charles Darwin selv i stand til at se og værdsætte mangfoldigheden af ​​planter og dyr, der lever på forskellige kontinenter under forskellige forhold. Og boede i England - et land med et veludviklet landbrug, et land, der bragte alt, hvad der var i verden til øen, kunne Charles Darwin se resultaterne af "evolutionær" menneskelig aktivitet.

Og selvfølgelig var den vigtigste forudsætning for fremkomsten af ​​Charles Darwins evolutionsteori Charles Darwin selv, hvis geni var i stand til at omfavne, analysere alt det store materiale og skabe en teori, der lagde grundlaget for darwinismen - doktrinen om evolution af levende organismer.

De vigtigste bestemmelser i Ch. Darwins evolutionsteori.

Teorien om evolution ved naturlig selektion blev formuleret af Charles Darwin i 1839. Ch. Darwins evolutionære synspunkter præsenteres i sin helhed i bogen "The Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favored Breeds in the Struggle for Life".

Selve bogens titel antyder, at Darwin ikke satte sig som mål at bevise eksistensen af ​​evolution, hvis eksistens også Confucius påpegede. På det tidspunkt, hvor bogen blev skrevet, var der ingen, der tvivlede på evolutionens eksistens. Charles Darwins hovedfortjeneste er, at han forklarede, hvordan evolution kan forekomme.

Rejsen på Beagle gjorde det muligt for Darwin at indsamle en masse data om variabiliteten af ​​organismer, hvilket overbeviste ham om, at arter ikke kan betragtes som uændrede. Da han vendte tilbage til England, begyndte Charles Darwin at opdrætte duer og andre husdyr, hvilket førte ham til begrebet kunstig selektion som en metode til at avle husdyrracer og sorter af dyrkede planter. Ved at udvælge de afvigelser, han har brug for, skabte man de nødvendige racer og sorter for ham, idet han bragte disse afvigelser til de nødvendige krav.

Ifølge Charles Darwin var drivkræfterne i denne proces arvelig variation og menneskelig udvælgelse.

C. Darwin måtte dog løse problemet med selektion under naturlige forhold. Virkningsmekanismen for udvælgelsen af ​​Charles Darwin var foranlediget af de ideer, som blev fremsat i 1778 af T. Malthus i hans værk "Treatise on Population." Malthus beskrev levende den situation, som befolkningstilvæksten kunne føre til, hvis den ikke blev hæmmet af noget. Darwin overførte Malthus' ræsonnement til andre organismer og henledte opmærksomheden på sådanne faktorer: På trods af det høje reproduktionspotentiale forbliver bestanden konstant. Ved at sammenligne en enorm mængde information kom han til den konklusion, at under forhold med hård konkurrence mellem medlemmer af befolkningen, ville enhver gunstige ændringer under disse forhold øge et individs evne til at reproducere og efterlade frugtbart afkom og ugunstige ændringer er åbenlyst ugunstige, og for dem, der har dem organismer, er chancerne for vellykket reproduktion reduceret. Alt dette tjente som grundlag for at bestemme drivkræfterne (evolutionens faktorer, som ifølge Darwin er variabilitet, arvelighed, kampen for tilværelsen, naturlig udvælgelse.

I det væsentlige er hovedbetydningen af ​​Charles Darwins evolutionsteori, at evolution sker på grundlag af forekomsten af ​​nedarvede ændringer, vejer dem af kampen for tilværelsen og udvælger ændringer, der tillader organismer at vinde i intens konkurrence. Resultatet af evolutionen ifølge Charles Darwin er fremkomsten af ​​nye arter, som fører til en mangfoldighed af flora og fauna.

Bevægelige kræfter (faktorer) af evolution.

Drivkræfterne i evolutionen er: arvelighed, variabilitet, kampen for tilværelsen, naturlig udvælgelse.

Arvelighed.

Arvelighed er alle levende organismers egenskab til at bevare og overføre tegn og egenskaber fra forfædre til afkom. På Charles Darwins tid var arten af ​​dette fænomen ikke kendt. Darwin, såvel som, antog tilstedeværelsen af ​​arvelige faktorer. Kritik af disse udtalelser fra modstandere tvang Darwin til at opgive sine synspunkter om faktorernes placering, men selve ideen om tilstedeværelsen af ​​materielle arvelighedsfaktorer gennemsyrer hele hans undervisning. Essensen af ​​fænomenet blev klart efter udviklingen af ​​kromosomteorien af ​​T. Morgan. Da genets struktur blev dechifreret og forstået, blev arvelighedsmekanismen ret klar. Det er baseret på følgende faktorer: organismens karakteristika (fænotype) bestemmes af genotypen og miljøet (reaktionshastighed); tegnene på en organisme bestemmes af et sæt proteiner, der er dannet af polypeptidkæder syntetiseret på ribosomer, information om strukturen af ​​den syntetiserede polypeptidkæde er indeholdt på i-RNA, i-RNA modtager denne information i perioden med matrixsyntese på et DNA-snit, der er et gen; Gener overføres fra forældre til børn og er det materielle grundlag for arv. I interkinesis duplikeres DNA'et, og derfor duplikeres generne. Under dannelsen af ​​kønsceller sker der en reduktion i antallet af kromosomer, og ved befrugtning i zygoten kombineres kvindelige og mandlige kromosomer. Dannelsen af ​​embryonet og organismen sker under påvirkning af generne fra både moderens og faderlige organismer. Nedarvningen af ​​egenskaber sker i overensstemmelse med arvelighedslovene hos G. Mendel eller ifølge princippet om den mellemliggende karakter af nedarvningen af ​​karaktertræk. Både diskrete og muterede gener nedarves.

Således fungerer arvelighed i sig selv på den ene side som en faktor, der bevarer allerede etablerede egenskaber, på den anden side sikrer nye elementers indtræden i organismens struktur.

Variabilitet.

Variabilitet er en generel egenskab hos organismer i processen med ontogenese for at erhverve nye funktioner. C. Darwin bemærkede, at der ikke er to identiske individer i et kuld, der er ikke to identiske planter dyrket fra forældrefrø. Begrebet variationsformer blev udviklet af Ch. Darwin på grundlag af studiet af racer af husdyr. Ifølge Ch. Darwin er der følgende former for variabilitet: bestemt, ubestemt, korrelativ, arvelig, ikke-arvelig.

En vis variabilitet er forbundet med forekomsten i et stort antal individer eller i alle individer af en given art, sort eller race under ontogenesen. Massevariabilitet ifølge Darwin kan være forbundet med visse miljøforhold. En velvalgt kost vil føre til en stigning i mælkeydelsen for alle medlemmer af besætningen. Kombinationen af ​​gunstige forhold bidrager til en forøgelse af kornstørrelsen hos alle hvedeindivider. Således kan ændringer som følge af visse variabiliteter forudsiges.

Usikker variabilitet er forbundet med forekomsten af ​​træk hos enkelte eller flere individer. Sådanne ændringer kan ikke forklares ved virkningen af ​​miljøfaktorer.

Relativ variabilitet er et meget interessant fænomen. Udseendet af et tegn fører til udseendet af andre. Så en stigning i længden af ​​øret af korn fører til et fald i længden af ​​stilken. Så får vi en god høst, mister vi halm. Stigningen i lemmer hos insekter fører til en stigning i muskler. Og der er mange sådanne eksempler.

C. Darwin bemærkede, at nogle ændringer, der forekommer i ontogeni, manifesteres i afkom, andre er det ikke. Han tilskrev den første til arvelig variation, den anden til ikke-arvelig. Darwin bemærkede også et sådant faktum, at hovedsageligt ændringer forbundet med ubestemt og relativ variabilitet er nedarvet.

Darwin betragtede miljøets handling som et eksempel på en vis variabilitet. Årsager til ubestemmelig variabilitet Darwin kunne ikke, deraf selve navnet på denne form for variabilitet.

Efterhånden er årsagerne og mekanismen til variabilitet mere eller mindre klar.

Moderne videnskab skelner mellem to former for variabilitet - mutationel eller genotypisk og kodificering eller fænotypisk.

Mutationsvariabilitet er forbundet med en ændring i genotypen. Det opstår som følge af mutationer. Mutationer er resultatet af eksponering for genotypen af ​​mutagener. Mutagener selv er opdelt i fysiske, kemiske osv. Mutationer er gen, kromosomale, genomiske. Mutationer nedarves med genotypen.

Modifikationsvariabilitet er interaktionen mellem genotypen og miljøet. Modifikationsvariabilitet manifesteres gennem reaktionshastigheden, dvs. påvirkningen af ​​miljøfaktorer kan ændre manifestationen af ​​en egenskab inden for dens ekstreme grænser bestemt af genotypen. Sådanne ændringer overføres ikke til afkom, men kan forekomme i næste generation ved at gentage parametrene for miljøfaktorer.

Normalt er darwinistisk ubestemt variabilitet forbundet med mutation og bestemt med modifikation.

Kamp for tilværelsen.

Kernen i Darwins teori om naturlig udvælgelse er kampen for tilværelsen, som nødvendigvis følger af organismers grænseløse ønske om at reproducere. Dette ønske kommer altid til udtryk i geometriske forløb.

Darwin henviser heri til Malthus. Men længe før Malthus vidste biologer om dette fænomen. Ja, og observationerne af Darwin selv bekræftede levende væseners evne til den potentielle intensitet af reproduktion. Selv påpegede K. Linnaeus, at én spyflue gennem sit afkom kunne få et hestelig et par dage før knoglerne.

Selv langsomt ynglende elefanter kunne ifølge Charles Darwins beregning mestre hele landet, hvis der var alle betingelser for dette. Ifølge Darwin, fra et par elefanter i 740 år, ville omkring 19 millioner individer have vist sig.

Hvorfor er potentielle og reelle fødselsrater så forskellige?

Darwin besvarer også dette spørgsmål. Han skriver, at den virkelige betydning af overfloden af ​​æg eller frø er at dække deres betydelige tab forårsaget af udryddelse i en eller anden generation af liv, det vil sige, at reproduktion møder miljøresistens. Baseret på analysen af ​​dette fænomen introducerer Charles Darwin begrebet "kamp for tilværelsen".

"Begrebet kampen for tilværelsen" kan kun give mening og retfærdiggøre i Darwins brede "metaforiske" forstand: "herunder her afhængigheden af ​​et væsen af ​​et andet, og også inkludere (vigtigere) ikke kun et individs liv, men også dens succes med at efterlade afkom selv." Darwin skriver: ”Om to dyr fra rækken af ​​løver, I en periode med hungersnød kan man ganske rigtigt sige, at de kæmper med hinanden for mad og liv. MEN planten i udkanten af ​​ørkenen siges også at kæmpe for livet mod tørken, selvom det ville være mere korrekt at sige, at den afhænger af fugt. Om en plante, der årligt producerer tusindvis af frø, hvoraf der i gennemsnit kun vokser et, kan det endda siges mere korrekt, at den kæmper med planter af samme slægt og andre, der allerede dækker jorden ... i al denne viden ... Jeg tyer for nemheds skyld til den generelle betegnelse kamp for tilværelsen".

Teksten "Arternes oprindelse" bekræfter mangfoldigheden af ​​former for kampen for tilværelsen, men viser samtidig, at der i alle disse former er et element af konkurrence eller konkurrence.

Intraspecifik kamp finder sted under hård konkurrence, eftersom individer af samme art kræver de samme eksistensbetingelser. For det første er selve organismens rolle og dens individuelle egenskaber. Betydningen af ​​hans beskyttelsesmidler, hans aktivitet, hans ønske om reproduktion bemærkes.

Kampen for tilværelsen på artens niveau er klart aktiv, og dens intensitet øges med stigende befolkningstæthed.

Organismer konkurrerer med hinanden i kampen om mad, for hunnen, for jagtzonen, såvel som i midlerne til beskyttelse mod de negative virkninger af klimaet, i beskyttelsen af ​​afkom.

Forringelse af fodringsforhold, høj befolkningstæthed osv. gør det muligt for de mest konkurrencedygtige at overleve. Et eksempel på intraspecifik kamp er situationen i en flok vilde hjorte. En stigning i antallet af individer fører til en stigning i befolkningstætheden. Antallet af mænd i befolkningen er stigende. En stigning i befolkningstætheden fører til mangel på mad, fremkomsten af ​​epidemier, mænds kamp for en kvinde osv. Alt dette fører til individers død og et fald i befolkningen. De stærkeste overlever.

Således bidrager intraspecifik kamp til forbedring af arten, fremkomsten af ​​tilpasninger til miljøet, til de faktorer, der forårsager denne kamp.

Ofte går interspecifik kamp i én retning. Et klassisk eksempel er forholdet mellem harer og ulve. To harer løber væk fra en ulv. På et tidspunkt spreder de sig, og ulven står uden noget. Interspecifik kamp bidrager til regulering af populationer, udslagning af syge eller svage organismer.

Kampen mod faktorerne i det uorganiske miljø tvinger planterne til at tilpasse sig nye eksistensbetingelser, presser dem til at øge deres frugtbarhed. På den anden side bestemmes begrænsningen af ​​en art eller population til bestemte habitatforhold. Individer af blågræs, der vokser på prærierne og på sletterne, har en opretstående stængel, og individer, der vokser i bjergrige forhold, har en stigende stængel. Som et resultat af kampen for tilværelsen overlevede individer, hvor stammen i de tidlige udviklingsstadier presses mod jorden, dvs. den kæmper med nattefrost, til den mest levedygtige under forhold. højlandet planterne er også stærkt sænkede.

Læren om kampen for tilværelsen bekræfter, at denne faktor er evolutionens drivkraft. Det er kampen, hvad du end kalder det, konkurrence, konkurrence. Tvinger organismer til at erhverve nye egenskaber, der giver dem mulighed for at vinde.

Faktoren i kampen for tilværelsen tages også i betragtning af menneskets praktiske aktivitet. Ved plantning af planter af samme art er det nødvendigt at observere en vis afstand mellem individer. Ved udsætning af reservoirer med værdifulde fiskearter fjernes rovdyr og lavværdiarter fra det. Ved udstedelse af tilladelser til beskydning af ulve tages der hensyn til antallet af individer mv.

Naturlig selektion.

"Naturlig udvælgelse foregår ikke gennem udvælgelsen af ​​de mest tilpassede, men gennem udryddelsen af ​​former, der er mest tilpasset til livssituationens betingelser," skriver Charles Darwin i The Origin of Species. Naturlig selektion er baseret på følgende antagelser: a) individer af enhver art, som et resultat af variabilitet, er biologisk set ikke lig med miljøforhold; nogle af dem svarer i højere grad til miljøforhold, andre i mindre grad; b) individer af enhver art kæmper med miljøfaktorer, der er ugunstige for dem og konkurrerer med hinanden. I processen med denne kamp og konkurrence, "som regel - gennem udryddelse af det utilfredsstillende" - overlever de mest tilpassede former. Oplevelsen af ​​de stærkeste er forbundet med divergensprocesserne, hvorunder der under kontinuerlig indflydelse af naturlig udvælgelse dannes nye intraspecifikke former. Sidstnævnte er i stigende grad isolerede og tjener som en kilde til dannelse af nye arter og deres progressive udvikling. Naturlig selektion - skaber nye livsformer, skaber en fantastisk tilpasningsevne af levende former, giver en proces til at øge organisationen, livets mangfoldighed.

Udvælgelsen begynder på det niveau, hvor konkurrencen mellem individer er størst. Lad os vende os til det klassiske eksempel, som Charles Darwin selv skrev om. I birkeskoven dominerer lyse sommerfugle. Dette tyder på, at sommerfugle med lyse farver har erstattet sommerfugle med mørke og brogede farver. Denne proces var under indflydelse af naturlig udvælgelse for den bedste beskyttende farve. Når birk erstattes af sten med en mørk barkfarve i et givet område, begynder sommerfugle med en lys farve at forsvinde - de bliver spist af fugle. Den del af befolkningen med en mørk farve, der er tilbage i et ubetydeligt antal, begynder at formere sig hurtigt. Der er et udvalg af individer, der har en chance for at overleve og give frugtbart afkom. I dette tilfælde taler vi om intergruppekonkurrence, det vil sige, at udvælgelsen finder sted mellem allerede eksisterende former.

Individer er også underlagt naturlig selektion. Enhver lille afvigelse, der giver individet en fordel i kampen for tilværelsen, kan opfanges af naturlig selektion. Dette er udvælgelsens kreative rolle. Det virker altid på baggrund af mobilt materiale, som konstant ændrer sig i processerne med mutation og kombination.

Naturlig udvælgelse er evolutionens vigtigste drivkraft.

Typer (former) af naturlig udvælgelse.

Der er to hovedvalg: stabiliserende og dirigeret.

Stabiliserende selektion forekommer i tilfælde, hvor fænotypiske træk er maksimalt i overensstemmelse med miljøforhold, og konkurrencen er ret svag. En sådan udvælgelse fungerer i hele befolkningen og ødelægger individer med ekstreme afvigelser. For eksempel er der en vis optimal vingelængde for en guldsmede af en vis størrelse med en bestemt livsstil i et givet miljø. Stabiliserende selektion virker gennem differentiel avl, vil ødelægge de guldsmede, der har et vingefang større eller mindre end optimalt. Stabilisering af selektion fremmer ikke evolutionær forandring, men opretholder den fænotypiske stabilitet af en befolkning fra generation til generation.

Instrueret (bevægende) udvælgelse. Denne form for udvælgelse sker som reaktion på en gradvis ændring i miljøforhold. Retningsbestemt selektion påvirker rækken af ​​fænotyper, der eksisterer i en given population, og udøver selektivt pres, der flytter den gennemsnitlige fænotype i den ene eller anden retning. Efter at den nye fænotype kommer i optimal overensstemmelse med de nye miljøforhold, kommer stabiliserende selektion i spil.

Direkte selektion fører til evolutionær forandring. Her er et eksempel.

Opdagelsen af ​​antibiotika i 1940'erne skabte et stærkt selektionspres til fordel for bakteriestammer, der var genetisk resistente over for antibiotika. Bakterier formerer sig meget kraftigt, som følge af en tilfældig mutation kan der opstå en resistent celle, hvis efterkommere vil blomstre på grund af manglende konkurrence fra andre bakterier, der ødelægges af dette antibiotikum.

kunstig udvælgelse.

Kunstig selektion er en metode til at avle nye racer af husdyr eller plantesorter.

Mennesket fra de tidligste tider af sin civilisation bruger kunstig selektion i avlen af ​​planter og dyr. Darwin brugte data fra kunstig selektion til at forklare mekanismen bag naturlig selektion. Hovedfaktorerne for kunstig selektion er arvelighed, variabilitet, handlingen af ​​en person, der søger at bringe arvelige afvigelser til absurditetspunktet og selektion. Variabilitet, som alle organismers egenskab til at ændre sig, giver materiale til selektion - en anden række af afvigelser. En person, der har bemærket de afvigelser, han har brug for, fortsætter til udvælgelsen. Kunstig selektion er baseret på isolering af naturlige populationer eller individer med de nødvendige afvigelser og selektiv krydsning af organismer, der har egenskaber, som er ønskelige for mennesker.

Udvælgelsen af ​​kvægracerne Cherneford og Aberdeen-Angus blev udført for mængden og kvaliteten af ​​kød, Chernzey og Jersey racerne - til mælkeproduktion. Får af racerne Champshire og Suffalan modnes hurtigt og producerer godt kød, men de er mindre hårdføre og mindre aktive i fouragering end f.eks. skotske sortfår. Disse eksempler viser, at det er umuligt at kombinere alle de egenskaber, der er nødvendige for maksimal økonomisk effekt i én race.

Med kunstig selektion skaber en person en rettet selektiv handling, der fører til en ændring i frekvensen af ​​alleler og genotyper i en population. Dette er en evolutionær mekanisme, der fører til fremkomsten af ​​nye racer, linjer, sorter, racer og underarter. Genpuljerne for alle disse grupper er isolerede, men de bevarer den grundlæggende gen- og kromosomstruktur, der er karakteristisk for den art, de stadig tilhører. Det er ikke i menneskets magt at skabe en ny art eller genoprette en uddød!

Darwin skelnede mellem metodisk eller systematisk selektion og ubevidst selektion inden for kunstig selektion. Med metodisk udvælgelse satte opdrætteren sig et meget bestemt mål, at producere nye racer, der overgår alt, hvad der blev skabt i denne retning. Ubevidst udvælgelse har til formål at bevare de allerede eksisterende kvaliteter.

I moderne avl er der to former for kunstig selektion: Indavl og udavl. Indavl er baseret på selektiv krydsning af nært beslægtede individer for at bevare og sprede særligt ønskværdige egenskaber. Udavl er krydsning af individer fra genetisk forskellige populationer. Afkom af sådanne krydsninger er normalt overlegne i forhold til deres forældre.

Fremkomsten af ​​enheder. Den relative karakter af fitness.

Resultatet af naturlig udvælgelse er fremkomsten af ​​tegn, der tillader organismer at tilpasse sig til eksistensbetingelserne. Det er her, ideen om evolutionens adaptive natur kom fra. Baseret på studiet af fremkomsten af ​​tilpasninger (tilpasninger) opstod en hel retning inden for biologi - læren om tilpasninger. Adaptive tegn eller tilpasninger er opdelt i fysiologiske og morfologiske.

Fysiologiske tilpasninger. Overfloden og den store betydning for organismens vitalitet af små fysiologiske mutationer bidrager til, at differentiering begynder i populationer. Dette er forståeligt, hvis mutationer i sagens natur er biologiske ændringer, der primært fører til ændringer i processerne af intracellulær metabolisme, og kun herigennem til morfologiske transformationer. Eksempler er sådanne egenskaber ved en organisme som modstandsdygtighed over for kendte temperaturer, evne til at akkumulere næringsstoffer, generel aktivitet osv. De giver let et skift i begge retninger, og kan i begge tilfælde være gunstige. Undersøgelse af spiring af rødkløverfrø ved forskellige temperaturer viste, at den højeste % spiring gives ved + 12C, men nogle frø spirer kun i området + 4-10C. Dette bidrager til artens overlevelse ved lave forårstemperaturer.

Dyrepigmentering i dens udvikling og variabilitet nærmer sig fysiologiske egenskaber. Højere eller lavere farveintensitet kan have beskyttelsesværdier under passende generelle baggrunds- og lysforhold. Disse er allerede morfologiske tilpasninger.

Harrisons velkendte undersøgelser viste mekanismen bag selve forekomsten af ​​forskelle i farven på to populationer af sommerfugle, der opstod fra én sammenhængende bestand, når en skov blev delt af en bred lysning. I den del af skoven, hvor fyrretræer blev erstattet af birk, førte naturlig selektion (overvejende spisning af mørkere eksemplarer af fugle) til en betydelig lysning af sommerfuglebestanden.

Selv gjorde C. Darwin opmærksom på, at øernes insekter enten er gode flyvere eller har reducerede vinger. Et sådant fænomen som reduktion af organer, der har mistet deres betydning, er ikke svært at forklare, da de fleste mutationer er forbundet netop med fænomenet underudvikling.

En analyse af tilpasninger har vist, at de kun tillader organismer at overleve under visse forhold. Dette kan forstås selv ved at analysere de eksempler, vi har givet. Når birketræer fældes, bliver lette sommerfugle et let bytte for fugle. De samme fugle, der dukkede op under øerne, ødelægger insekter med reducerede vinger. Disse fakta viser allerede, at fitness ikke er absolut, men relativ.

Beviser for udviklingen af ​​den organiske verden.

Darwinisme har længe været en alment accepteret doktrin. Det er fra de laveste darwinistiske ideer, at alle de historiske transformationer af den organiske verden på Jorden kan forklares.

I slutningen af ​​det 19. århundrede, da antallet af tilhængere af Charles Darwins evolutionære lære var mindre end modstandere, begyndte Charles Darwins tilhængere at indsamle beviser for eksistensen af ​​udviklingen af ​​den organiske verden.

Arbejdet i denne retning blev udført inden for områderne palæontologi, komparativ morfologi, komparativ anatomi, embryologi, biogeografi, biokemi osv.

Palæontologiske fund som bevis på evolution.

Under eksistensen af ​​videnskabelig biologi har talrige palæontologiske fund af uddøde planter og dyr akkumuleret. Disse fund blev særligt værdifulde, da videnskabsmænd lærte at bestemme alderen på de aflejringer, hvor de blev fundet. Det var muligt ikke kun at genoprette udseendet af fossile organismer, men også at angive det tidspunkt, hvor de levede på vores planet. Så der blev fundet rester af frøbregner, som var en mellemform mellem bregner og frøplanter. En stegocephalus blev opdaget - en mellemform mellem fisk og padder. Fra de permiske aflejringer kendes dyretandfirben, som er en mellemform mellem krybdyr og pattedyr. Der er mange flere sådanne eksempler.

Sammenlignende morfologiske og embryologiske beviser for evolution.

Sammenlignende morfologiske beviser er baseret på begreber: analogi og homologi af organer, på begrebet rudimenter og atavismer. Særligt værdifulde i processen med at bevise evolution er homologi, rudimenter og atavismer.

Eksempler på homologe organer indbefatter forbenene på hvirveldyr; frøpoter, firben, fuglevinger, svømmefødder fra vandpattedyr, muldvarpepoter, menneskehænder. Alle af dem har en enkelt strukturplan og udgør en evolutionær-morfologisk slægt. Sådanne klare beviser for evolution omfatter tilstedeværelsen i menneskeheden af ​​"halefolk" og mennesker, hvis hårgrænse dækker hele kroppens overflade.

Et af de vigtigste beviser for evolution anses for at være information om den embryonale udvikling af organismer, hvilket bidrog til fremkomsten af ​​en ny retning i biologien - evolutionær biologi. Til fordel for evolutionen er allerede det faktum, at alle flercellede dyr i deres embryonale udvikling har kimlag, hvorfra forskellige organer er dannet på forskellige måder. Embryonet i sin udvikling "husker" så at sige de stadier, som dets forfædre gik igennem.

Beviser for evolution fra økologi og geografi.

Biokemisk bevis for evolution.

Et slående bevis på evolution er tilstedeværelsen af ​​et enkelt arvemateriale - DNA og forskellige organismegruppers evne til at "tænde" forskellige dele af genomet i livets proces!

De vigtigste retninger af den evolutionære proces.

Evolutionsprocessen fortsætter kontinuerligt under tegn på tilpasning af organismer til miljøet.

De vigtigste retninger af den evolutionære proces bør betragtes som biologisk fremskridt, biologisk stabilisering, biologisk regression.

Klare definitioner af disse fænomener blev givet af A. N. Severtsov.

Biologiske fremskridt betyder en stigning i en organismes tilpasningsevne til sit miljø, hvilket fører til en stigning i antallet og bredere udbredelse af en given art i rummet. Et eksempel på biologiske fremskridt er udviklingen af ​​åndedrætssystemet fra gælleånding til lungeånding. Det var denne proces, der førte til dyrs erobring af land- og luftrum.

Ifølge A.N. Severtsov betyder biologisk stabilisering at opretholde kroppens kondition på et vist niveau. Kroppen ændrer sig i takt med ændringer i miljøet. Dens antal er ikke stigende, men de er heller ikke faldende.

Hos planter, med et fald i den gennemsnitlige årlige temperatur, øges antallet af dækkende hår i epidermis. Dette fænomen gør det muligt for alle individer at overleve, men der er ingen fordel mellem andre arter, fordi de viser den samme reaktion.

Biologiske fremskridt er af største betydning i evolutionen, derfor lægges der i biologien stor vægt på studiet af biologiske fremskridt.

Aromorfoser og ideoadaptation anses for at være hovedretningerne for biologisk fremskridt; blandt andre retninger for biologisk fremskridt kan man også nævne generel degeneration.

Aromorfoser er adaptive ændringer, hvor der er en udvidelse af levevilkårene forbundet med en komplikation af organisering og en stigning i vital aktivitet. Et klassisk eksempel på aromorfose bør betragtes som forbedring af lungerne hos fugle og pattedyr, fuldstændig adskillelse af arterielt og venøst ​​blod i hjertet af fugle og pattedyr, adskillelse af funktioner i plastider af højere planter.

Ideologiske tilpasninger er retninger i evolutionen, hvor nogle tilpasninger erstattes af andre, der er biologisk ækvivalente med dem. Ideologiske tilpasninger er i modsætning til aromorfoser af privat karakter. Et eksempel på ideologiske tilpasninger er udviklingen af ​​insekternes orale apparat, som blev dannet for at passe til miljøet og co-evolution.

Generel degeneration - adaptive ændringer i voksent afkom, hvor den samlede energi af vital aktivitet falder. Det refererer til retningerne for biologisk fremskridt, fordi reduktionen af ​​nogle organer, der opstår under degeneration, ledsages af den kompenserende udvikling af andre organer. Hos hule- og underjordiske dyr er reduktionen af ​​synsorganerne således ledsaget af den kompenserende udvikling af andre sanseorganer.

Menneskelig oprindelse.

I antropologien er der flere synspunkter på, hvornår den menneskelige gren blev isoleret. Ifølge en hypotese blev abemennesker for omkring 10 millioner år siden opdelt i tre arter. En art - pragorillaer - gik til bjergskovene, hvor de nøjedes med vegetarisk mad. En anden art - prochimpanse - valgte en gruppelivsform. Den vigtigste føde for ham var aber af små arter. Den tredje art - førmennesket - foretrak jagt i savannens rige liv. Dette var den gren, der førte til det moderne menneske.

Ifølge den moderne hypotese fremsat af Tim Vyton, en antropolog ved University of California i Berkeley, var det kun fem millioner år siden, at grenene af proto-menneske og aben splittes. Timan White mener, at Australopithecus ramidus, som dukkede op på det tidspunkt, afhængig af omstændighederne, bevægede sig enten på fire eller to lemmer. Og sandsynligvis gik der hundredtusinder af år, før den blandede bevægelse blev erstattet af tobenet.

For omkring tre millioner år siden gav menneskets gren to udviklingslinjer. En af dem gav anledning til en hel galakse af opretstående Australopithecus-arter, den anden førte til fremkomsten af ​​en ny slægt, kaldet Homo.

Generel biologi.

Godtgørelse for at komme ind på universiteter.

Kompileret af: Galkin M. A.

Manualen præsenterer materiale om forløbet af generel biologi, lige fra teorien om livets oprindelse på jorden til læren om biosfæren.

Manualen er designet til ansøgere, gymnasieelever, studerende på forberedende kurser og afdelinger.

Forord.

Manualen er udarbejdet i overensstemmelse med programmet for ansøgere til universiteter i Den Russiske Føderation, hvor biologi er et generelt emne.

Formålet med denne manual er at hjælpe ansøgeren med at forberede sig til optagelsesprøverne. Heri adskiller den sig fra skolelærebogen "Generel Biologi", som er kognitiv af natur.

Ved udarbejdelsen af ​​manualen blev der først og fremmest taget hensyn til kravene til optagelsesprøver. Dette gælder både indholdet og omfanget af det materiale, der er angivet i manualen.

Tilskuddet er beregnet til ansøgere, der har afsluttet en ungdomsuddannelse eller som læser almen biologi på de forberedende afdelinger.

Manualen indeholder ikke nogle afsnit, der traditionelt betragtes i kurset "Generel biologi". Disse er "Cellestruktur", "Celledivision", "Fotosyntese".

Materialet på disse sektioner er detaljeret i manualen for ansøgere til universiteter, som er udarbejdet af Galkin M.A.

Alle kommentarer og forslag vedrørende manualens form og indhold vil blive accepteret med taknemmelighed.

Manuel compiler.

Definitioner af nervesystemet: i henhold til placering, placering og indhold af typerne af neuroner i den del af refleksbuen. Tre skaller rygrad, beskrivelse af dens afdelinger og segment. Kranienerver: sensoriske, motoriske og blandede.

Funktioner og struktur af epitelet, regenerering af dets celler. Typer bindevæv, overvægten af ​​intercellulært stof over celler. Kemisk sammensætning og fysiske egenskaber intercellulært stof. Knogle-, fedt-, brusk-, muskel- og nervevæv.

Karakter Klasse af fisk Klasse af padder Klasse af krybdyr Klasse af fugle Klasse af pattedyr 1. Antal arter 40000 2500 6300 6600 4600 2. Klassifikation

Beskrivelse af hudens struktur. Lag af epidermis og deres egenskaber. Arterielle kar og nerveender i huden. sved og talgkirtler. Negle og hår som vedhæng af huden. Hovedfunktioner og egenskaber hud. Strukturen og funktionen af ​​musklerne i ansigtet og halsen.

Cirkulation. Cirkulation er den kontinuerlige bevægelse af blod gennem et lukket system af blodkar. Hjertet og blodkarrene udgør kredsløbssystemet. Blodcirkulationen gennem karrene udføres af rytmiske sammentrækninger af hjertet, som er det centrale organ i blodcirkulationen.

Udvikling af anatomi (videnskabelig anatomi - efter 1500-tallet). Hjernens ventrikulære system. Cerebrospinalvæske (CSF), dens sammensætning, funktioner, cirkulationsveje. Elementer i det perifere nervesystem. Kranienerver: karakteristika for V-VII-par.

Respiration som et sæt af processer, der sikrer tilførsel af ilt til kroppen og fjernelse carbondioxid. Organer, der udgør den øvre og nedre del luftrør. Innervation af næseslimhinden. Blodforsyning og lymfedrænage af strubehovedet.

Fundamentals of histology, som studerer cellesystemet, ikke-cellulære strukturer, som har en fælles struktur og er rettet mod at udføre bestemte funktioner. Analyse af strukturen, funktioner af epitel, blod, lymfe, bindevæv, muskel, nervevæv.

Termoregulering, hudens struktur og betydning. Støtte- og bevægelsessystem, skelet. Muskler, deres struktur, funktioner og arbejde. Udviklingen af ​​den menneskelige krop. reproduktion i den økologiske verden. Graviditet, udvikling af embryo og foster. menneskelig udvikling efter fødslen.

Funktioner af strukturen, fysiologi og kemisk sammensætning celler. Typer og egenskaber af væv. Karakteristika af organsystemet - dele af kroppen, der kun har deres karakteristiske form og struktur og udfører bestemt funktion. regulering af kroppens funktioner.

Studiet af musklernes strukturelle træk og funktioner - den aktive del lokomotivapparat person. Karakteristika for kroppens muskler, ryggens fascia (overfladisk og dyb), bryst, mave, hoved (ansigtsmuskler, tygge muskler). Fysiologiske egenskaber muskler.

Ukraines undervisningsminister KhSPU im. G.S. Skovorodi Institut for Økonomi og Jura Korrespondance Fakultetet "Jura" ABSTRAKT Emne: Nervesystemet

Stoffer, deres typer og funktioner. Muskelaktivitetens refleks karakter. Betydning, sammensætning og stadier af blodkoagulation. Mekanismen for åndedrætsbevægelser, deres nervøse og humorale regulering. Dele af hjernen og deres funktioner. Mekanismen og betingelserne for den betingede refleks.

Begrebet skelet (somatiske) muskler, dets struktur og elementer. Indholdet af blodkar og nerver i musklerne, deres rolle og betydning i normale aktiviteter muskler. Klassificering af muskler efter form, indre struktur og handling, deres typer og karakteristika.

Nervesystemet som kroppens vigtigste integrerende funktion. Deltagelse af det menneskelige nervesystem i processen med passende tilpasning til miljøet. Nedre og øvre absolutte tærskel for følsomhed. Klassificering af nervereceptorer og deres funktioner.

Biologiens mål og mål er det første, der skal forstås, når man begynder at studere denne videnskab. Det er grundlaget, som al yderligere viden er bygget på. biologi, såvel som dens emne, metoder og betydning vil blive diskuteret i denne artikel.

Lad os først se på historien. Først foreslået af J. B. Lamarck, en fransk videnskabsmand. Han brugte den i 1802 til at udpege en videnskab, der interesserer sig for livet som et særligt naturfænomen. Den moderne biologis opgaver er meget omfattende. Det er et helt kompleks af videnskaber, der beskæftiger sig med studiet af levende natur, lovene for dens udvikling og eksistens.

Karakteristiske træk ved biologi

Denne videnskab er karakteriseret ved:

• tæt interaktion med forskellige discipliner inkluderet i dens sammensætning;
• høj specialisering;
• integration.

I dag er den videnskab, der interesserer os, konstant beriget med nye generaliseringer, teorier og faktuelt materiale.

Biologiens hovedopgave

Den moderne biologis opgaver er meget forskelligartede, men den vigtigste er viden om de love, som evolutionen skrider frem efter. Faktum er, at den organiske verden har ændret sig siden livets fremkomst på jorden. Det udvikler sig konstant som følge af handling naturlige årsager. Biosfæren spiller en vigtig rolle i dannelsen af ​​hydrosfæren, atmosfæren, for at skabe jordens overflade.

Andre opgaver

Der kan skelnes mellem følgende hovedopgaver inden for biologi:

• undersøgelse af biocenoser;
• forvaltning af vilde dyr;
• undersøgelse af den mekanisme, hvorved selvregulering opstår;
• undersøgelse af cellens funktion og struktur;
• undersøgelse af de vigtigste livsfænomener, der forekommer på molekylært niveau (irritabilitet, stofskifte);
• undersøgelse af spørgsmål om variabilitet og arvelighed.

En ganske imponerende liste, vil du være enig i. Så biologiens hovedopgaver består i viden om forskellige generelle love, ifølge hvilke udviklingen af ​​den levende natur finder sted, i studiet af livsformer og afsløringen af ​​dens essens.

Biologisk fag

Den videnskab, der interesserer os, studerer livet, dets former og forskellige udviklingsmønstre. Mangfoldigheden af ​​alle uddøde såvel som levende væsener, der i øjeblikket beboer vores planet, er genstand for dens undersøgelse. Vi har netop beskrevet biologiens opgaver, lad os nu dvæle ved dets emne mere detaljeret. Biologi er interesseret i strukturen (fra anatomisk og morfologisk til molekylær), oprindelse, funktioner, evolution, individuel udvikling, fordeling samt organismers forhold til hinanden og med miljø.

Denne videnskab studerer både private og generelle mønstre, der er karakteristiske for livet i alle dets manifestationer. Biologiens opgaver omfatter studiet af udveksling af energi og stoffer, variabilitet og arvelighed, reproduktion, udvikling og vækst, diskrethed, irritabilitet, bevægelse, autoregulering osv. Alt ovenstående er dets emne.

Vejbeskrivelse

I biologi kan man afhængigt af skelne hele linjen områder som antropologi, zoologi, botanik, mikrobiologi, virologi osv. Disse videnskaber studerer træk ved udvikling, struktur, oprindelse, liv, samt fordelingen, mangfoldigheden, egenskaberne for hver type bakterier, vira, planter, dyr og mennesker. Inden for det vidensfelt, der interesserer os, skelnes anatomi og morfologi, fysiologi, genetik, udviklingsbiologi, økologi osv. efter livets egenskaber, struktur og manifestationer Genetiske opgaver i biologi er i øvrigt en vigtig del af den praksis, der indgår i skolepensum på denne videnskab.

Biofysik og biokemi studerer de fysiske og kemiske processer og kemiske reaktioner, der finder sted i levende organismer, fysisk struktur og kemi på forskellige niveauer i organisationen. Biometri giver dig mulighed for at etablere mønstre, der ikke kan bemærkes, når du studerer enkelte fænomener og processer. Det vil sige, det er et sæt af alle planlægningsteknikker, samt behandling af de opnåede resultater ved hjælp af matematisk statistik. Molekylærbiologiens opgaver omfatter studiet af livsfænomener, der opstår på molekylært niveau. Disse omfatter især funktioner og struktur af celler, organer og væv. Generel biologi udvikler universelle love om struktur (struktur) og funktion. Det vil sige, at den er interesseret i, hvad der er fælles for alle organismer.

Molekylært niveau

Biologisk fag og opgaver kan overvejes på forskellige niveauer. Vi vil nu beskrive hver af dem i detaljer.

I dag er der flere niveauer af undersøgelse og organisering af livsfænomener (strukturelle og funktionelle): biosfære-biogeocenotisk, populations-arter, organisme, organ, væv, cellulært, molekylært. Sidstnævnte studerer rollen af ​​molekyler, der er biologisk vigtige i udvikling og vækst af organismer, i transmission og opbevaring arvelige oplysninger, i energiomsætning og stofskifte i levende celler mv. Det handler om om følgende molekyler: lipider, nukleinsyrer, proteiner, polysaccharider mv.

Cellulært niveau

Det cellulære niveau involverer overvejelser om den strukturelle organisation af en enkelt celle. Læren om det kaldes cytologi, som omfatter cytokemi, cytogenetik, cytofysiologi, cytomorfologi. Denne doktrin gør det muligt at etablere strukturelle-funktionelle og fysiologisk-biokemiske forbindelser observeret i forskellige organer og væv mellem celler.

Organism niveau

På det organismiske niveau studerer biologien de fænomener og processer, der forekommer i et individ, såvel som de mekanismer, der sikrer en koordineret funktion af dets systemer og organer. Det omfatter også relationer forskellige organer i kroppen, dens adfærd og adaptive ændringer observeret under visse miljøforhold.

Befolknings-art niveau

Lad os gå videre til overvejelserne om det næste niveau, populationsarter. Den er fundamentalt forskellig fra den forrige. Levetiden for individuelle individer er genetisk forudbestemt. Efter nogen tid dør de efter at have udtømt mulighederne for deres udvikling. Men i nærværelse af passende miljøforhold er deres helhed som helhed i stand til at udvikle sig på ubestemt tid. Emnet økologi, fænologi, morfologi og genetik er studiet af en populations dynamik og sammensætning. En befolkning er en samling af individer en bestemt slags, som har en fælles genpulje og lever i et bestemt rum med omtrent samme eksistensbetingelser på organisme-, celle- og molekylært niveau.

Økosystemniveau

Hvis vi taler om økosystemniveauet (biosfærisk-biogeocenotisk), så undersøger det forholdet mellem forskellige organismer og miljøet, såvel som migration af levende stof, regelmæssigheder og måder at energicykler på. Den studerer også andre processer, der forekommer i økosystemer (biogeocenoser).

biologiske metoder

Lad os nu beskrive, hvad denne videnskab bruger. Den første er observation. Det kan bruges til at beskrive og analysere forskellige biologiske fænomener. En anden metode er baseret på det - beskrivende. For at forstå essensen af ​​et fænomen er det først nødvendigt at indsamle faktuelt materiale. Efter du skal beskrive det.

En anden vigtig metode er historisk. Med det kan du identificere mønstrene for fremkomst og udvikling af en organisme, studere dannelsen af ​​dens funktioner og struktur.

Den eksperimentelle metode er baseret på skabelsen af ​​et system på en målrettet måde. Med dens hjælp kan du udforske dyrelivets fænomener og egenskaber.

Den sidste metode vi vil karakterisere er modellering. Det er studiet af et bestemt fænomen ved at skabe dets model.

Så vi har beskrevet biologiens emne, opgaver og metoder. Afslutningsvis vil vi tale om vigtigheden af ​​denne videnskab.

Biologiens betydning

Hun spiller helt sikkert vigtig rolle i dannelsen af ​​vores verdensbillede, samt forståelsen af ​​de grundlæggende filosofiske og metodiske problemer. Derudover er det af stor praktisk betydning (det giver en løsning mad problem anbefalinger til skadedyrsbekæmpelse osv.). Især for at imødekomme menneskets behov inden for fødevarer er det nødvendigt at øge mængden af ​​landbrugsproduktion kraftigt. Sådanne videnskaber som dyrehold og afgrødeproduktion er engageret i løsningen af ​​dette problem. De er baseret på resultaterne af selektion og genetik.

Kendskab til lovene om foranderlighed og arvelighed giver dig mulighed for at skabe mere og mere produktive racer husdyr og sorter af dyrkede planter. Dette giver menneskeheden mulighed for at dyrke intensivt i stedet for ekstensivt. Takket være alt dette er behovene hos mennesker i fødevareressourcer opfyldt. Biologiske resultater bruges i medicin såvel som i miljøbeskyttelse.

Som du kan se, er målet og målene for videnskaben om biologi meget vigtige fra et praktisk synspunkt. Takket være hendes præstationer har menneskeheden gjort betydelige fremskridt.

Hvad er videnskaben om biologi? taler almindeligt sprog er studiet af livet i al dets mangfoldighed og storhed. Fra mikroskopiske alger og bakterier til store elefanter og kæmpe blåhvaler, livet på vores planet er en utrolig variation. Når dette tages i betragtning, hvor låner vi det, der er i live? Hvad er de vigtigste kendetegn ved livet? Alt dette er meget vigtige spørgsmål med lige så vigtige svar!

Karakteristika ved livet

Levende væsener omfatter både den synlige og usynlige verden af ​​bakterier og vira. På den basis niveau vi kan sige, at livet er ordnet. Organismer har en ekstremt kompleks organisation. Vi er alle bekendt med hovedcellens indviklede systemer.

Livet kan "arbejde". Jeg vil ikke introducere en daglig variation af arbejde, men opretholdelse af metaboliske processer, ved at hente energi i form af mad fra miljøet.

Livet vokser og udvikler sig. Dette betyder mere end blot at kopiere eller ændre størrelse. Levende organismer har også evnen til at komme sig efter visse typer skader.

Livet kan leges. Har du nogensinde set mudder eller sten formere sig? Højst sandsynligt ikke! Livet kan kun komme fra andre levende væsener.

Livet kan reagere. Tænk på sidste gang du ramte en del af din krop. En smertereaktion følger næsten øjeblikkeligt. Livet er karakteriseret ved en reaktion på forskellige stimuli og ydre stimuli.

Langt om længe, livet kan tilpasse sig og reagere miljøets krav.

Der er tre hovedtyper af tilpasninger, der kan forekomme i højere organismer:

• Reversible ændringer opstår som en reaktion på ændringer i miljøet. Antag, at du bor nær havoverfladen og rejser til et bjergrigt område. Du kan begynde at opleve åndedrætsbesvær og en stigning i puls som følge af ændringen i højden. Disse symptomer forsvinder, når du vender tilbage til havoverfladen.
• Somatiske ændringer skyldes varig forandring i miljøet. Ved at bruge det foregående eksempel, hvis du opholder dig i et bjergrigt område i lang tid, vil du bemærke, at din hjerteslag vil bremse, og du vil begynde at trække vejret normalt. Somatiske ændringer er også reversible.
• Den sidste type tilpasning kaldes genotypisk (forårsaget af en genetisk mutation). Disse ændringer forekommer i organismens genetiske sammensætning og er ikke reversible. Et eksempel er udviklingen af ​​pesticidresistens hos insekter og edderkopper.

Således er livet organiseret, "virker", vokser, formerer sig, reagerer på stimuli og tilpasser sig. Disse karakteristika ligger til grund for studiet af videnskab generel biologi.

Grundlæggende principper for moderne biologi

Fundamentet for den biologividenskab, der eksisterer i dag, er baseret på fem grundlæggende principper. Disse er celleteori, genteori, evolution, homeostase og termodynamikkens love.

• : Alle levende organismer består af celler. er livets grundlæggende enhed.
• : egenskaber nedarves gennem genoverførsel. er placeret på og består af DNA.
• : enhver i en befolkning, der er nedarvet over flere generationer. Disse ændringer kan være små eller store, mærkbare eller ikke så mærkbare.
• : evnen til at opretholde en konstant indre miljø som reaktion på miljøændringer.
• A: Energien er konstant, og energiomsætningen er ikke helt effektiv.

Afsnit af biologi

Biologisk videnskabsfelt er meget bredt og kan opdeles i flere discipliner. I selve almen forstand disse discipliner er klassificeret efter den type organisme, der undersøges. For eksempel studerer den dyr, botanik studerer planter, og mikrobiologi studerer mikroorganismer. Disse forskningsområder kan også opdeles i flere specialiserede underdiscipliner. Nogle af disse omfatter anatomi, genetik og fysiologi.