КСЕ 1 курс (Тулинов-старший)

Билет №40(продолжение)

Цитоплазма. Основное вещество цитоплазмы, называемое также матриксом, - это полужидкая среда клетки, в которой располагается ядро и все органоиды клетки. Под электронным микроскопом вся гиалоплазма, располагающаяся между органоидами клетки, имеет мелкозернистую структуру. Слой цитоплазмы формирует разные образования: реснички, жгутики,поверхностные выросты. Последние играют важную роль в движении и соединении

клеток между собой в ткани. В состав цитоплазмы входят вещества белковой природы. Эндоплазматическая сеть (ЭПС). Эндоплазматическая сеть принадлежит к числу органоидов клетки, открытых совсем недавно (1945 – 1946).Расположение сетчатых структур во внутренней части цитоплазмы – эндоплазме(греч. "эндон" – внутри) – и послужило основанием для того, чтобы вновь открытому органоиду дать название эндоплазматической сети или эндоплазматического ретикулума. Рибосомы. Так же как и эндоплазматическая сеть, рибосомы были открыты только с помощью электронного микроскопа. Рибосомы - самые маленькие из клеточных органелл. Митохондрии. Митохондрии (греч. "митос" – нить, "хондрион" – гранула)– это обязательный органоид каждой клетки всех многоклеточных и одноклеточных организмов. В разных клетках размеры и форма митохондрий чрезвычайно сильно варьируют. Пластиды – особые органоиды растительных клеток, в которых осуществляется синтез различных веществ, и в первую очередь фотосинтез.

Билет 41

Нуклеиновые кислоты — дезоксирибонуклеиновые и рибонуклеиновые кислоты, универсальные компоненты всех живых организмов, ответственные за хранение, передачу и воспроизведение (реализацию) генетической информации. На два типа все Н. к. делят по углеводному компоненту молекул: дезоксирибозе у дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) и рибозе у рибонуклеиновых кислот (РНК). Биологическая роль ДНК у большинства организмов заключается в хранении и воспроизведении генетической информации, а РНК — в реализации этой информации в строении молекул белков в процессе их синтеза.

    Нуклеиновые кислоты были обнаружены в 1868 г. швейцарским ученым Мишером (F. Miescher), который установил, что эти вещества локализуются в ядрах клеток, обладают кислотными свойствами и в отличие от белков содержат фосфор. Химически Н. к. являются полинуклеотидами, т.е. биополимерами, построенными из мономерных звеньев — мононуклеотидов, или нуклеотидовДезоксирибонуклеиновые кислоты, выделенные из различных организмов, отличаются по соотношению входящих в их состав азотистых оснований, т.е. по нуклеотидному составу, который у всех ДНК подчиняется правилу Чаргаффа: 1) число молекул аденина в молекуле Н. к. равно числу молекул тимина, т.е. А = Т; 2) число молекул гуанина равно числу молекул цитозина, т.е. Г = Ц; 3) число молекул пуриновых оснований равно числу молекул пиримидиновых оснований; 4) число 6-аминогрупп равно числу 6-кетогрупп, что означает, что сумма аденин + цитозин равна сумме гуанин + тимин, т.е. А + Ц = Г + Т. Правило Чаргаффа справедливо и для так называемых минорных азотистых оснований

Вторичная и третичная структуры молекулы РНК (ее пространственная конфигурация), как и в молекулах ДНК, формируются в основном за счет водородных связей и межплоскостных гидрофобных взаимодействий между азотистыми основаниями

В клетке имеется несколько видов РНК. Все они участвуют в синтезе белка.

1. Транспортные РНК (тРНК) - это самые маленькие по размерам РНК. Они связывают АК и транспортируют их к месту синтеза белка.

2. Информационные РНК (иРНК) - они в 10 раз больше тРНК. Их функция состоит в переносе информации о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка.

3. Рибосомные РНК (рРНК) - имеют наибольшие размеры молекулы, входят в состав рибосом.

Билет 43

В структурно-функциональном единстве организмов, составляющем сущность жизни, белки (белковые тела) играют важнейшую роль, не заменяемую другими органическими соединениями. Белки – это высокомолекулярные азотсодержащие органические вещества, молекулы которых построены из остатков аминокислот. Название «протеины», по-видимому, более точно отражает первостепенное биологическое значение этого класса веществ. В наше время, когда абсолютно достоверно установлено, что наследственная информация сосредоточена в молекуле ДНК клеток любых живых организмов, не вызывает сомнения, что только белки являются теми молекулярными инструментами, при помощи которых реализуется генетическая информация. Без белков, в частности ферментов, ДНК лишена способности передавать генетическую информацию. Удивительная способность живых организмов к воспроизведению себе подобных также связана с белками. Сократимость, движение – непременные атрибуты живых систем – имеют прямое отношение к белковым структурам мышечного аппарата. Наконец, жизнь немыслима без обмена веществ, постоянного обновления составных частей живого организма, т.е. без процессов анаболизма и катаболизма, в основе которых лежит деятельность каталитически активных белков – ферментов. Т. О., белки составляют основу и структуры, и функции живых организмов. Подсчитано, что в природе примерно 10¹⁰–10¹² различных белков, обеспечивающих существование около 10⁶ видов живых организмов начиная от вирусов и кончая человеком.. Каталитическая функция. К 1995 г. было идентифицировано более 3400 ферментов. Большинство известных в настоящее время ферментов, называемых биологическими катализаторами, является белками. Эта функция белков, хотя и не оказалась уникальной, определяет скорость химических реакций в биологических системах. Транспортная функция. Дыхательная функция крови, в частности перенос кислорода, осуществляется молекулами гемоглобина – белка эритроцитов. В транспорте липидов принимают участие альбумины сыворотки крови. Ряд других сывороточных белков образует комплексы с жирами, медью, железом, тироксином, витамином А и другими соединениями, обеспечивая их доставку в соответствующие органы-мишени. Защитная функция. Основную функцию защиты в организме выполняет иммунная система, которая обеспечивает синтез специфических защитных белков-антител в ответ на поступление в организм бактерий, токсинов, вирусов или чужеродных белков. Защитная функция белков проявляется и в способности ряда белков плазмы крови, в частности фибриногена, к свертыванию.

Билет №43(продолжение)

В результате свертывания фибриногена образуется сгусток крови, предохраняющий от потери крови при ранениях. Сократительная функция. В акте мышечного сокращения и расслабления участвует множество белковых веществ. Однако главную роль в этих жизненно важных процессах играют актин и миозин – специфические белки мышечной ткани. Сократительная функция присуща не только мышечным белкам, но и белкам цитоскелета, что обеспечивает тончайшие процессы жизнедеятельности клеток (расхождение хромосом в процессе митоза).Структурная функция. Белки, выполняющие структурную функцию, занимают по количеству первое место среди других белков тела человека. Среди них важнейшую роль играют фибриллярные белки, в частности коллаген в соединительной ткани, кератин в волосах, ногтях, коже, эластин в сосудистой стенке и др. Большое значение имеют комплексы белков с углеводами в формировании ряда секретов: мукоидов, муцина и т.д. В комплексе с липидами (в частности, с фосфолипидами) белки участвуют в образовании биомембран клеток. Гормональная функция. Обмен веществ в организме регулируется разнообразными механизмами. В этой регуляции важное место занимают гормоны, синтезируемые не только в железах внутренней секреции, но и во многих других клетках организма. Ряд гормонов представлен белками или полипептидами, например гормоны гипофиза, поджелудочной железы и др. Некоторые гормоны являются производными аминокислот. Питательная (резервная) функция. Эту функцию выполняют так называемые резервные белки, являющиеся источниками питания для плода, например белки яйца (овальбумины). Ряд других белков используется в организме в качестве источника аминокислот, которые в свою очередь являются предшественниками биологически активных веществ, регулирующих процессы метаболизма.

Билет 44

Опираясь на огромный фактический материал и практику селекционной работы по выведению новых сортов растений и пород животных, Ч. Дарвин сформулировал основные принципы своей эволюционной теории.

1 принцип постулирует, что изменчивость является неотъемлемым свойством живого.

В природе нельзя обнаружить два совершенно одинаковых, тождественных организма. Чем тщательнее и глубже мы изучаем природу, тем больше убеждаемся во всеобщем, универсальном характере принципа изменчивости. При поверхностном взгляде может, например, показаться, что все деревья в сосновом бору одинаковые, но более, внимательное изучение может выявить некоторые различия между ними. Ч. Дарвин различает два типа изменчивости. К первому, который называется "индивидуальной" или "неопределенной" изменчивостью, он относит ту, которая передается по наследству. Второй тип он характеризует как "определенную" или "групповую" изменчивость, поскольку ей подвержены те группы организмов, которые оказываются под воздействием определенного фактора внешней среды. В дальнейшем "неопределенные" изменения обычно стали называть мутациями, а "определенные"— модификациями.

2 принцип теории Дарвина заключается в раскрытии внутреннего противоречия в развитии живой природы. Оно состоит в том, что, с одной стороны, все виды организмов имеют тенденцию к размножению в геометрической прогрессии, а с другой — выживает и достигает зрелости лишь небольшая часть потомства.

Достаточно отметить, что многие растения дают десятки и сотни тысяч семян, а рыбы выметывают от нескольких сот до миллионов икринок. В этих условиях как раз и развертывается борьба за выживание, которую чаще всего называют борьбой за существование. Однако, как подчеркивает Ч. Дарвин, "борьба за существование" представляет собой метафорическое выражение, с помощью которого характеризуются различные отношения между организмами, начиная от сотрудничества внутри вида против неблагоприятных условий окружающей среды и кончая конкуренцией между организмами в добывании пищи, занятии лучшего места обитания, лидерстве в группе. В связи с этим часто различают внутривидовую и межвидовую борьбу.

3 принцип обычно называют принципом естественного отбора, который играет фундаментальную роль в теории эволюции не только Дарвина, но и всех теорий, появившихся позднее.

Билет №44(продолжение)

Дарвин выдвинул гипотезу весьма общего характера, согласно которой в природе существует особый механизм отбора, который приводит к избирательному уничтожению организмов, оказавшихся неприспособленными к существующим или изменившимся условиям окружающей среды.

Эти результаты, указывает Дарвин, есть следствия 1 общего закона, обусловливающего прогресс всех органических существ, именно — размножения, изменения, выживания наиболее сильных и гибель наиболее слабых.

Разрабатывая учение о естественном отборе, он обращает внимание на такие его характерные особенности, как постепенность и медленность процесса изменений и способность суммировать эти изменения в крупные, решающие, которые в конечном итоге приводят к формированию новых видов. Ч.

Самым слабым местом в учении Ч. Дарвина были представления о наследственности, которые подверглись серьезной критике его противниками. Действительно, если эволюция связана со случайным появлением полезных изменений и наследственной передачей приобретенных признаков потомству, то каким образом они могут сохраняться и даже усиливаться в дальнейшем? Ведь в результате скрещивания особей с полезными признаками с другими особями, которые ими не обладают, они передадут эти признаки потомству в ослабленном виде. В конце концов в течение ряда поколений случайно возникшие полезные изменения должны постепенно ослабнуть, а затем и вовсе исчезнуть. Сам Ч. Дарвин вынужден был признать эти доводы весьма убедительными, при тогдашних представлениях о наследственности их невозможно было опровергнуть. Вот почему в последние годы жизни он стал все больше подчеркивать воздействие на процесс эволюции направленных изменений, происходящих под влиянием определенных факторов внешней среды. Нетрудно понять, что такое изменение взглядов означает, по сути дела, переход на позиции Ж.Б. Ламарка, согласно которой эволюция происходит под управляющим воздействием внешней среды, которая заставляет организмы изменяться в определенном направлении.

Билет №48

Генетика – область биологии, изучающая наследственность и изменчивость.

Опыты Менделя послужили основой для развития современной генетики – науки, изучающей два основных свойства организма – наследственность и изменчивость. Ему удалось выявить закономерности наследования благодаря принципиально новым методическим подходам:

1) Мендель удачно выбрал объект исследования;

2) он проводил анализ наследования отдельных признаков в потомстве скрещиваемых растений, отличающихся по одной, двум и трем парам контрастных альтернативных признаков. В каждом поколении велся учет отдельно по каждой паре этих признаков;

3) он не просто зафиксировал полученные результаты, но и провел их математическую обработку.

Перечисленные простые приемы исследования составили принципиально новый, гибридологический метод изучения наследования, ставший основой дальнейших исследований в генетике.

Основные положения (постулаты) СТЭ

1. Вид состоит из множества морфологически, биохимически, экологически и генетически отличных, но репродуктивно не изолированных единиц - популяций и подвидов.

2. Обмен аллелями возможен лишь внутри вида, вид представляет собой генетически целостную и замкнутую систему.

3. Материалом для эволюции служат изменения наследственности - мутации, с помощью полового размножения мутации распространяются внутри популяции.

4. Мутационный процесс, волны численности, дрейф генов, изоляция - факторы поставщики материала для отбора - носят случайный и ненаправленный характер.

5. Единственный направляющий фактор эволюции - естественный отбор.

6. Наименьшая эволюционная единица - популяция, а не особь.

7. Эволюция носит дивергентный характер, т.е. один таксон может стать предком нескольких дочерних таксонов.

8. Эволюция носит постепенный и длительный характер. Видообразование представляет собой постепенное изменение генофонда популяции, которое заканчивается репродуктивной изоляцией.

9. Макроэволюция, эволюция на уровне выше вида, идет лишь путем микроэволюции.

10. Эволюция не носит направленного к какой-то цели характера, эволюция ненаправленна, но прогнозируема. Оценивая возможное влияние среды можно предсказать общее направление эволюции.

Билет 50

Одно из новейших интегративных направлений в современном естествознании - синергетика, теория самоорганизации. Вселенная представляет собой множество систем. И лишь некоторые из них могут трактоваться как замкнутые системы, как механизмы. Во Вселенной таких " закрытых" систем меньшинство. Подавляющее большинство реальных систем открытые - это значит, что они обмениваются энергией, веществом и информацией с окружающей средой. К такого рода системам относятся прежде всего биологические и социальные системы. Но если большинство систем Вселенной носят открытый характер, то это значит, что во Вселенной доминируют не стабильность и равновесие, а неустойчивость. В открытых системах существуют флуктуационные процессы. Иногда флуктуация может стать настолько сильной (например, если существует положительная обратная связь), что существовавшая прежде организация не выдерживает и разрушается. В этот переломный момент (точка бифуркации) принципиально невозможно сказать, в каком направлении будет происходить дальнейшее развитие: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более высокий уровень упорядоченности и организации (фазовые переходы и диссипативные структуры - лазерные пучки, неустойчивости плазмы, явления флаттера, химические волны, структуры в жидкостях и др.). Другими словами, в состояниях, далеких от равновесия, очень слабые возмущения могут усиливаться до гигантских волн, разрушающих сложившуюся структуру и способствующих радикальному качественному изменению этой структуры Главная идея синергетики - это идея о возможности спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации. Представим себе, что в ходе химической реакции или какого-то другого процесса вырабатывается фермент, присутствие которого стимулирует производство его самого. (Специалисты говорят в таких случаях о петле положительной обратной связи.). Такая система начнет самоорганизовываться и будет противостоять тенденции ее разрушения средой. В химии аналогичное явление принято называть автокатализом. В неорганической химии автокаталитические реакции встречаются редко, но, как показали исследования по молекулярной биологии последних десятилетий, петли положительной обратной связи ( вместе с другими связями - взаимный катализ, отрицательная обратная связь и др.) составляют самую основу жизни. Синергетика убедительно показывает, что даже в неорганической природе существуют классы систем, способных к самоорганизации. Такие системы и обеспечивают всеобщую эволюцию природы на всех уровнях ее организации, от низших и простейших к высшим и сложнейшим (человек, общество, культура) - глобальный эволюционизм.

Билет 47

Биосфера – это самая большая экосистема. Это оболочка планеты, заселённая

живыми организмами.Учение о биосфере создал Вернадский. Он доказал, что за 4 млрд. лет

существования живых организмов они вызвали огромные преобразования на нашей

планете (появляется кислород, созданы осадочные горные породы).

Глобальные проблемы биосферы:

1. Парниковый эффект.

2. Озоновые дыры (истощение озонового слоя):

Главная особенность городских экосистем в том, что в них невозможно

экологическое равновесие.

ПИРАМИДА ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ, ИЛИ ПИРАМИДА БИОМАСС, - соотношение между продуцентами, консументами (первого, второго порядков) и редуцентами в экосистеме, выраженное в их массе (числе - пирамида чисел Элтона, заключенной энергии пирамида энергий) и изображенное в виде графической модели. В наземных экосистемах масса продуцентов (на единицу площади и абсолютно) больше, чем масса консументов, консументов первого порядка больше, чем консументов второго порядка, и т. д., поэтому графическая модель имеет вид пирамиды. В некоторых водных экосистемах, отличающихся исключительно высокой биологической продуктивностью продуцентов, пирамида может быть обращенной, т. е. биомасса продуцентов в них меньше, чем консументов, а иногда и редуцентов. Однакосуммарная продуктивность за год каждого звена экологической пирамиды сохраняет <классический> вид.

Экологическая пирамида — способ графического отображения соотношения различных трофических уровней в экосистеме. Может быть трех типов: 1) пирамида численности — отражает численность организмов на каждом трофическом уровне; 2) пирамида биомассы — отражает биомассу каждого трофического уровня;

Билет №47(продолжение)

3) пирамида энергии — показывает количество энергии, прошедшее через каждый трофический уровень в течение определенного промежутка времени. Первые два типа пирамид имеют ряд существенных недостатков. Построение пирамиды численности может быть затруднено в том случае, если разброс численности организмов разных уровней оказывается чрезвычайно велик. (Например, 500 тысячам злаков в основании пирамиды может соответствовать один конечный хищник.) Кроме того, пирамида может оказаться перевернутой (в том случае, если продуцент очень крупный, или в том случае, если большое число паразитов питаются на немногочисленных консументах). Пирамида биомасс отражает состояние экосистемы на момент отбора пробы и, следовательно, показывает соотношение биомассы в данный момент и не отражает продуктивность каждого трофического уровня (т. е. его способность образовывать биомассу в течение определенного промежутка времени). Поэтому в том случае, когда в число продуцентов входят быстрорастущие виды, пирамида биомасс также может оказаться перевернутой. Этих недостатков лишена пирамида энергии. Она позволяет сравнить продуктивность различных трофических уровней, поскольку учитывает фактор времени. Кроме того, она учитывает разницу в энергетической ценности различных веществ (например, 1 г жира дает почти в два раза больше энергии, чем 1 г глюкозы). Поэтому пирамида энергии всегда суживается кверху и никогда не бывает перевернутой.

Билет 45

Современная теория органической эволюции отличается от дарвиновской по ряду важнейших пунктов:

• она ясно выделяет элементарную структуру, с которой начинается эволюция. В настоящее время такой структурой считается популяция, а не отдельная особь или вид, который включает в свой состав несколько популяций;

• в качестве элементарного явления или процесса эволюции современная теория рассматривает устойчивое изменение генотипа популяции;

• она шире и глубже истолковывает факторы и движущие силы эволюции, выделяя среди них факторы основные и неосновные. Ч. Дарвин и последующие теоретики к основным факторам эволюции относили изменчивость, наследственность и борьбу за существование. В настоящее время к ним добавляют множество других дополнительных, неосновных факторов, которые тем не менее оказывают влияние на эволюционный процесс. Сами основные факторы теперь понимаются по-новому и соответственно этому к ведущим факторам относят сейчас мутационные процессы, популяционные волны численности и изоляцию.

Важнейшим из них является мутационный процесс, который исходит из признания того неоспоримого теперь факта, что основную массу эволюционного материала составляют различные формы мутаций, т. е. изменений наследственных свойств организмов, возникающих естественным путем или вызванных искусственными средствами.

Хотя мутации — главные поставщики эволюционного материала, но они относятся к изменениям случайным, подчиняющимся вероятностным законам. Поэтому они не могут служить направляющей силой эволюционного процесса.

Вторым основным фактором эволюции служат популяционные волны, которые часто называют "волнами жизни". Они определяют количественные флуктуации, или отклонения, от среднего значения численности организмов в популяции, а также области ее расположения (ареала).

Установлено, что малочисленные и многочисленные популяции не являются благоприятными для эволюции и возникновения новых форм живых организмов.

В качестве третьего основного фактора эволюции признается обособленность группы организмов.

На эту особенность указывал еще Ч. Дарвин, который считал, что для образования нового вида определенная группа организмов старого вида должна обособиться, но он не мог объяснить необходимость этого требования с точки зрения наследственности. В настоящее время установлено, что обособление и изоляция определенной группы организмов необходимы для того, чтобы она не могла скрещиваться с другими видами и тем самым передавать им и получать от них генетическую информацию.

.

Билет №46

Два главных компонента био­сферы — живые организмы и среда их обитания— сосуществуют в постоян­ном взаимодействии, образуя целостную систему. Отдельные популяции живых организмов не являются изолированными от окружения. В ходе эволюции образуются биоценозы, — со­общества животных, растений, микроорганизмов, В совокуп­ности со средой обитания биоценозы образуют биогеоценозы. В них происходит непрерывный обмен веществом и энергией, которые реализуются множеством трофических цепочек и био­геохимических циклов. Биогеоценозы служат элементарны­ми ячейками биосферы, которые, взаимодействуя между со­бой, устанавливают динамическое равновесие в ней. Живое вещество выполняет системообразующую роль в суперсис­теме жизни — биосфере. Высокая степень согласованности всех видов жизни в биосфере есть результат совместно проте­кающей эволюции взаимодействующих биологических систем — коэволюции. Коэволюционное развитие проявляется в тон­кой взаимной приспособляемости видов, во взаимодополнении живых систем. В конечном итоге коэволюция приво­дит к увеличению разнообразия и сложности в природе. В этом представлении состоит суть концепции коэволюции. Согласно ей многообразие живых организмов — это основа организа­ции и устойчивости биосферы. Каждый биологический вид выполняет свою функцию в биосферном циркулировании ве­щества, энергии, в обмене информацией и осуществлении об­ратных связей. В связи с этим очевидна опасность уменьшения численности видов живых организмов и сокращение генофон­да, которые непрерывно происходят под давлением человечес­кой цивилизации на природу.

Планетарные масштабы этой эволюционизирующей системы и одновременно ее схожесть с живым организмом определяют место биосфе­ры как особого уровня организации живой материи.