Bio_ekz

1. Биология как наука.

Биология – совокупность наук о живой природе. Термин введен параллельно Ламарком и Тревиранусом для обозначения науки о жизни, как особом явлении природы.

Предмет изучения биологии – все проявления жизни: строение и функции живых существ и их природных сообществ, их распространение, происхождение и развитие, связи друг с другом и с неживой природой.

Задачи биологии – изучение всех биологических закономерностей, раскрытии сущности жизни и ее проявлений с целью познания и управления ими.

Основными частными методами в биологии являются:

• описательный;

• сравнительный;

• исторический;

• экспериментальный.

Фундаментальные свойства живого:

1. Сложность и высокая степень организации живых существ;

2. Обмен веществ;

3. Единство химического состава живых организмов;

4. Дискретность (биологическая система состоит из отдельных, относительно автономных, но взаимодействующих частей, образующих структурно-функциональное общество);

5. Раздражимость (реакция живых организмов на внешнее воздействие);

6. Рост;

7. Самовоспроизведение (размножение);

8. Развитие (в результате развития возникает новое качественное состояние объекта; историческое развитие сопровождается образованием новых видов и прогрессивным усложнением жизни);

9. Способность к саморегуляции;

10. Приспособленность живых существ к среде обитания;

Уровни организации живых систем:

Биологическая микросистема:

МОЛЕКУЛЯРНЫЙ

КЛЕТОЧНЫЙ

Биологическая мезосистема:

ТКАНЕВЫЙ

ОРГАННЫЙ

ОРГАНИЗМЕННЫЙ

Биологическая макросистема:

ПОПУЛЯЦИОННО-ВИДОВОЙ

БИОЦЕНОТИЧЕСКИЙ

БИОСФЕРНЫЙ

2 Ионизирующая радиация

Солнечная радиация относится к числу факторов, сыгравших ключевую историческую роль в эволюции биосферы. Этот фактор не только «жизненно важный», но и лимитирующий, причем и на максимальном и на минимальном уровнях.

Ионизирующие излучения – лишь те, энергия которых способна вызвать ионизацию.

Типы ионизирующих излучений:

1. Альфа-излучение – испускание ядерных частиц, каждая из которых состоит из 2 протонов и 2 нейтронов (ядро гелия);

Оно возникает при распаде атомных ядер тяжелей свинца (урана, тория, радия плутония и др.), а также многих ядерных реакциях. Поступление альфа-излучателя внутрь организма может вызвать биологическое поражение его клеток, так как альфа-частица несет большое количество энергии и ее ионизирующая способность очень велика.

2. Бета-излучение – испускание электронов и позитронов, движущихся с очень высокими скоростями.

Оно возникает в основном в результате радиоактивного распада. Ионизирующая способность существенно ниже, чем у альфа-излучения. Однако бета-частицы опасны и про попадании на поверхность тела, и внутрь организма.

3. Гамма-излучение – самое коротковолновое электромагнитное излучение высокой энергии и обладает наибольшей проникающей способностью.

Соответственно, защита от внешнего гамма-излучения представляет наибольшие проблемы.

Проникающая способность излучения определяет состав и толщину эффективно поглощающего его материала:

Альфа-излучение - наименее проникающее. Оно эффективно поглощается слоем воздуха толщиной несколько сантиметров, слоем воды 0,1 мм, или листом бумаги. Пробег в воздухе 11 см, в мягких тканях несколько микрон

Бета-излучение обладает существенно большей проникающей способностью; чтобы его задержать, нужен, например, слой алюминия толщиной в несколько миллиметров, а пробег бета-частиц в биологической ткани составляет несколько сантиметров. Ослабляется стенами домов, металлическими конструкциями.

Для гамма-излучения все преграды почти прозрачны. Чтобы его задержать, нужен очень толстый (десятки сантиметров и даже метры) слой вещества, при этом обладающего как можно большим номером (например, свинца).

Ионизирующая способность:

Альфа-излучение – максимальная;

Бета- излучение – средняя;

Гамма-излучение – минимальная.

ЗАКОНОМЕРНОСТЬ: чем выше ионизирующая способность излучения, тем ниже способность проникающая. При взаимодействии этих излучений с веществом, основная часть энергии расходуется именно на ионизацию.

Механизмы действия ионизирующего излучения в биологических системах:

Прямое действие – молекула испытывает изменения непосредственно от излучения при прохождении через нее фотона или заряженной частицы, поражающее действие связано с актом возбуждения и ионизации атомов и макромолекул.

Непрямое (косвенное) действие – молекула получает энергию, приводящую к ее изменениям, вызванным продуктами радиолиза воды или растворенных веществ, а не энергией излучения, поглощенной самими молекулами.

Действие биологической ионизации на живые клетки:

1. Прямое «пулеобразное» действие (главным образом на ДНК).

2. Косвенное действие путем образования свободных радикалов (главным образом на фосфолипиды мембран клеток).

Типы повреждений:

Прямое повреждение – выбитые электроны разрушают молекулярные связи непосредственно в структуре, где они были выбиты.

Косвенное повреждение – ущерб наносят реакционные частицы, которые образовались вдали от данной структуры, но приблизились к ней в результате повреждений.

Радиационный гормезис – понятие положительного стимулирующего влияния малых доз ионизирующего излучения.

3.Клетка – элементарная и генетическая структурно-функциональная единица живого.

Клетка представляет собой обособленную, наименьшую по размерам структуру, которой присуща вся совокупность свойств жизни и которая может в подходящих условиях окружающей среды поддерживать эти свойства в самой себе, а также передавать их в ряду поколений. Вне клетки не существует настоящей жизнедеятельности. Поэтому ей принадлежит роль элементарной структурной и функциональной единицы.

В настоящее время различают прокариотические (сине-зеленые водоросли, бактерии) и эукариотические (грибы, растения, животные) организмы. Клеткам прокариотического типа свойственны малые рамеры (, отсутствие обособленного ядра. В клетке отсутствует развитая система мембран. Генетический аппарат представлен ДНК единственной кольцевой хромосомы, которая лишена оснОвных белков – гистонов. Время генерации (удвоения) клеток мало, исчисляется десятками минут. Отсутствует клеточный центр. В отличие от прокариотической клетки, эукариотическая клетка имеет ядро, окруженное оболочкой из двух мембран и большое количество мембранных органелл.

Развитие цитологии связано с созданием и усовершенствованием оптических устройств, позволяющих рассмотреть и изучить клетки. В 1838 г. М Шлейден создал теорию цитогенеза (клеткообразованя). Его основная заслуга – постановка вопроса о возникновении клеток в организме. Основываясь на работах Шлейдена. Теодор Шванн создал клеточную теорию. В 1839 году была опубликована его книга « Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений». В конце 19 века Вирхов сделал вывод, что клетка может возникнуть только из предшествующей клетки.

Основные исходные положения клеточной теории:

1. Все ткани состоят из клеток;

2. Клетки растений и животных имеют общие принципы строения, так как возникают одинаковыми путями;

3. Каждая отдельная клетка самостоятельна, а деятельность организма представляет собой сумму жизнедеятельности отдельных клеток.

Современная интерпретация клеточной теории:

1. Клетка является универсальной элементарной единицей живого;

2. Клетки всех организмов принципиально сходны по своему строению, функции, химическому составу;

3. Клетки размножаются только путем деления исходной клетки;

4. Клетки хранят, перерабатывают и реализуют генетическую информацию;

5. Многоклеточные организмы являются сложными клеточными ансамблями, образующими целостные системы;

6. Именно благодаря деятельности клеток в сложных организмах осуществляются рост, развитие, обмен веществ и энергии.

Создание клеточной теории стало важнейшим событием в биологии, одним из решающих доказательств единства происхождения всей живой природы. Клеточная теория оказала значительное влияние на развитие биологии и медицины, послужила главным фундаментом для становления таких дисциплин, как эмбриология, гистология. Принятие принципа клеточного строения организма оказало огромное влияние на физиологию, переведя ее на изучение реально функционирующих единиц - клеток. Она дала основы для научного понимания жизни, объяснения эволюционной взаимосвязи организмов, понимания индивидуального развития.

4.Клетка как открытая система.

Жизнедеятельность клетки, как единицы биологической активности обеспечивается совокупностью взаимосвязанных, приуроченных к определенным внутриклеточным структурам, упорядоченных во времени и пространстве обменных (метаболических) процессов Эти процессы образуют три потока: информации, веществ и энергии.

Благодаря наличию потока информации клетка на основе эволюционного опыта предков приобретает структуру, отвечающую критериям живого, поддеживает ее во времени, а также передает в ряду поколений. В потоке информации участвует ядро (конкретно ДНК хромосом), макромолекулы, переносящие информацию в цитоплазму ( мРНК), цитоплазматический аппарат транслокации ( рибосомы и полисомы, тРНК, ферменты активации аминокислот). На завершающем этапе этого потока полипептиды, синтезированные на полисомах, приобретают третичную или четвертичную структуры и используются в качестве катализаторов или структурных белков. Кроме основного по объему заключенной информации яденого генома, в эукариотических клетках функционируют также геномы митохондрий, а в зеленых растениях – и хлоропластов.

Поток энергии у представителей разных групп микроорганизмов обеспечивается механизмами энергообеспечения: брожением, фото- и хемосинтезом, дыханием. Центральная роль в биоэнергетике клеток принадлежит дыхательному обмену. Он включает реакции расщепления низкокаллорийного органического топлива в виде глюкозы, жарных кислот и т.д. и использование выделяемой энергии для образования АТФ.

Особенностью потока энергии растительной клетки состоит в наличии фотосинтеза – механизма преобразования энергии солнечного света в энергию химических связей органического вещества.

Реакции дыхательного обмена не только поставляют энергию, но и снабжают клетку веществом для синтеза разнообразных молекул.Ими являются многие продукты расщепления пищевых веществ. Особая роль в этом принадлежит одному из этапов дыхательного обмена – циклу Кребса, осуществляемому в митохондриях.

Клетки многоклеточного организма объединены в различные органы и ткани и специализированы на выполнении разных функций. В зависимости от выполняемых функций клетки организованы по-разному. Они могут отличаться размерами и формой, набором и относительным количеством органоидов, наличием специфических гранул и т. п. ( рис. 69 ). Так, в секретирующих клетках хорошо представлены эндоплазматическая сеть с рибосомами, аппарат Гольджи и различные гранулы, в мышечных клетках - митохондрии и миофибриллы - специальные белковые волокна, обеспечивающие движение, и т. д. Еще более значительные различия клеток из разных тканей выявляются при анализе внутриклеточных белков и информационных РНК. Хотя ДНК в ядрах всех клеток организма одинакова, однако в каждом конкретном типе клеток и-РНК считывается с различных участков ДНК. Следовательно, и белки, синтезированные на рибосомах с этих РНК, будут разными. Другими словами, в ядерной ДНК имеется информация о работе всех частей организма, но в каждой отдельной клетке используется только часть этой информации, как правило, очень небольшая. Так, для тканей цыпленка показано, что в клетках печени и яйцевода считывается информация всего с 2,05% и 1,8% ДНК соответственно. При этом синтезируемая РНК на три четверти одинакова в обоих типах клеток. Расчеты показывают, что примерно 12 тыс. генов считывается и в печени, и в яйцеводе, 5 тыс. генов - только в печени и 3 тыс. генов - только в яйцеводе. Гены, транскрипция которых происходит в клетках всех типов, очевидно, обеспечивают выполнение общеклеточных функций. Их иногда называют генами домашнего хозяйства , в противоположность тем генам, которые определяют выполнение специализированных функций клеток. Приспособленные к выполнению определенных функций клетки не могут выполнять все остальные функции и для нормальной жизнедеятельности должны пользоваться результатами работы других клеток. Так, клетки кишечника обеспечивают клетки всего организма строительными материалами, но сами нуждаются в кислороде, который им поставляют эритроциты, и т. д. Таким образом, все клетки организма оказываются взаимозависимыми. Координация работы клеток достигается сложной системой их взаимоотношений.

5.Клеточный цикл.

Закономерные изменения структурно-функциональных характеристик клетки во времени составляют содержание жизненного цикла клетки (клеточного цикла).

51. Филогенез скелета, покровов тела позвоночных.

Филогенез покровов тела.

Происхождение:

- эктодермальное (эпидермис)

- мезодермальное (дерма)

Функции кожи:

1. Защитная

2. Терморегуляторная

3. Дыхательная

4. Выделительная

5. Обменная

Основные направления эволюции покровов хордовых:

1 Разделение покрова на эпидермис (наружный) и дерму (внутренний)

2 Дифференцировка эпидермиса и дермы на слои

3 Дифференцировка производных кожи (роговых и железистых)

Тип ХОРДОВЫЕ, подтип БЕСЧЕРЕПНЫЕ (ланцетник):

Слабая степень дифференцированности слоев кожи. Однослойный цилиндрический эпителий (эпидермис) располагается на подстилающей его тонкой базальной мембране. Сверху эпидермис покрыт кутикулой (поверхностной пленкой из мукополисахаридов), выделяющейся из эпидермальных желез. Под эпителием находится тонкий слой студенистой соединительной ткани – кориум, или кутис. Наружные покровы прозрачны, почти не пигментированы.

Подтип ПОЗВОНОЧНЫЕ, надкласс РЫБЫ (класс ХРЯЩЕВЫЕ РЫБЫ, класс КОСТНЫЕ РЫБЫ).

Эпидермис многослойный. Дерма плотная, имеет волокна, сосуды, нервы. Производные кожи: одноклеточные слизистые железы, чешуя.

У хрящевых рыб: чешуя плакоидная – гомологична зубам позвоночных; заходя в рот, плакоидные чешуи превращаются в зубы у акул и скатов. Состоит из дентина и эмали, которые по химическому составу не отличаются от дентина и эмали зубов человека. Утраченные плакоидные чешуи не возобновляются, но при росте рыбы их количество увеличивается.

Чешуя костных рыб эласмоидная – сами чешуйки анатомически являются тонкими костными пластинками; гребенчатая поверхность чешуи улучшает гидродинамические свойства рыб.

Окраска рыб может варьироваться в очень широких пределах.

Подтип ПОЗВОНОЧНЫЕ, класс ЗЕМНОВОДНЫЕ.

Кожа примитивных вымерших земноводных – стегоцефалов – соответствовала покровам рыб и тоже была покрыта чешуей. Современные амфибии имеют тонкую гладкую кожу без чешуи. Кожа является дополнительным органом газообмена и снабжена густой сетью капилляров. Кожа богата кожными железами, выделяющими слизь, которая увлажняет покровы и обладает бактерицидными свойствами.

Подтип ПОЗВОНОЧНЫЕ, класс ПРЕСМЫКАЮЩИЕСЯ.

Наружный кожный покров пресмыкающихся в результате утолщения и ороговения образует чешуйки или щитки. У ящериц роговые чешуйки перекрывают друг друга, напоминая черепицу. У черепах сросшиеся щитки формируют сплошной прочный панцирь. Плотная и сухая кожа содержит пахучие железы. Слизистые железы отсутствуют. В наружной части внутреннего слоя кожи часто находятся специальные клетки – хроматофоры, в которых секретируются пигменты: меланины и каротиноиды (животные способны изменять окраску своего тела за сравнительно короткое время).

Подтип ПОЗВОНОЧНЫЕ, класс МЛЕКОПИТАЮЩИЕ.

Хорошо развиты эпидермис (5 слоев) и дерма (слои: сетчатый, сосочковый: рецепторы, кровеносные и лимфатические сосуды). Появляется подкожная клетчатка. Кожные железы: пахучие, потовые, сальные, млечные. Производные рогового слоя: волосы, рога, когти, ногти, копыта.

Онтофилогенетически обусловленные пороки развития человека:

1. Ихтиоз – чрезмерное развитие рогового слоя (в основе лежат мутации либо нарушения экспрессии генов, кодирующих различные формы кератина);

2. Отсутствие потовых желез;

3. Избыточное оволосение лица и тела;

4. Многососковость.

Филогенез скелета.

Происхождение: мезодермальное

Отделы:

1. Осевой скелет

2. Скелет головы (череп)

3. Скелет конечностей и их поясов.

Функции скелета:

- опорная

- двигательная

- защитная

- кроветворная

- обменная (депо солей Р, Са)

Основные направления эволюции осевого скелета:

1. Замены хорды позвоночником, хрящевой ткани – костной;

2. Дифференцировка позвоночника на отделы (от 2 до 5);

3. Увеличение числа позвонков в отделах;

4. Появление грудной клетки.

В подтипе ГОЛОВОХОРДОВЫЕ имеется только осевой скелет в виде хорды. Она построена из сильно вакуолизированных клеток, плотно прилегающих друг к другу и покрытых снаружи общими эластической и волокнистой оболочками. Упругость хорде придают тургорное давление ее клеток и прочность оболочек.

У подтипа КРУГЛОРОТЫХ и класса ХРЯЩЕВЫЕ РЫБЫ хорда сохраняется всю жизнь. Появляются зачатки позвонков в виде дуг (хрящевые образования расположенные над и под хордой): верхние дуги у круглоротых, нижние – у хрящевых рыб.

Подтип ПОЗВОНОЧНЫЕ, класс КОСТНЫЕ РЫБЫ:

Развиваются тела позвонков, остистые и поперечные отростки, формируется канал спинного мозга; 2 отдела позвоночника: туловищный (с ребрами) и хвостовой.

Подтип ПОЗВОНОЧНЫЕ, класс ЗЕМНОВОДНЫЕ:

В позвоночнике выделяют 4 отдела: шейный, туловищный, крестцовый, хвостовой.

Шейный позвонок подвижно причленяется к затылочному отделу черепа (обеспечивает подвижность головы).

Грудина хрящевая. Ребра у хвостатых не доходят до грудины, у бесхвостых – отсутствуют. Единственный крестцовый позвонок соединен с тазовым поясом. У бесхвостых позвонки хвостового отдела срастаются в одну кость.

Подтип ПОЗВОНОЧНЫЕ, класс ПРЕСМЫАЮЩИЕСЯ:

В позвоночнике выделяют пять отделов:

- шейный (7-10, первые два образуют сустав, обеспечивают большую подвижность головы)

- грудной

- поясничный

- крестцовый (2)

- хвостовой.

Три пары шейных ребер. Грудная клетка (образуют первые пять ребер пояснично-грудного отдела).

Подтип ПОЗВОНОЧНЫЕ, класс МЛЕКОПИТАЮЩИЕ.

В позвоночнике пять отделов:

- шейный (всегда 7)

- грудной (9-24)

- поясничный (2-9)

- крестцовый (4-10)

- хвостовой (3-49)

Пороки развития у человека:

1. Шейные и поясничные ребра;

2. Увеличение числа позвоночных и крестцовых позвонков;

3. Несрастание остистых отростков позвонков (spina bifida);

4. Персистирование хвоста.

Основные направления эволюции черепа:

1 Объединение лицевого отдела с мозговым

2 Замена хрящевого скелета костным

3 Подвижное соединение черепа с позвоночником.

Закладка мозгового отдела происходит из двух частей: трабекул и парахордарий, которые разрастаются и образуют черепную коробку снизу и с боков. К ней прирастают глазничные хрящи и слуховые капсулы.