Биология_с_основами_экологии (1) учебно-метод. пособие. Чугайнова. 2010

Материал для справок

Жизненный (клеточный) цикл

Жизненный (клеточный) цикл – жизнь клетки от момента ее возникновения в результате деления материнской клетки до ее собственного деления или смерти.

В течение жизни клетки растут, дифференцируются, выполняют специфические функции, размножаются и служат источником пополнения гибнущих в организме клеток.

Обязательным компонентом клеточного цикла является митотический цикл, включающий период подготовки клетки к делению и само деление. В жизненном цикле имеются также периоды покоя, в ходе которых клетка выполняет свойственные ей функции и избирает дальнейшую судьбу (погибает либо возвращается в митотический цикл). Подготовка клетки к делению, или интерфаза, составляет значительную часть времени митотического цикла и состоит из трех пе-

риодов: пресинтетического, или постмитотического, – G1, синтетического – S, постсинтетического, или премитотического, – G2.

Период G1 – самый вариабельный по продолжительности. В это время в клетке активируются процессы биологического синтеза, в первую очередь, структурных и функциональных белков. Клетка растет и готовится к следующему периоду.

Период S – главный в митотическом цикле. В делящихся клетках млекопитающих он длится около 6 – 10 час. В это время клетка продолжаетсинтезироватьРНК,белки,носамоеважное –осуществляет синтез ДНК. Редупликация ДНК происходит асинхронно: молекулы ДНК разных хромосом и различные участки по длине одной молекулы ДНК реплицируются в разное время и с различной скоростью. Но к концу S – периода вся ядерная ДНК удваивается, каждая хромосома становится двунитчатой, т.е. состоит из двух хроматид – идентичных молекул ДНК.

Период G2 относительно короток, в клетках млекопитающих он составляет порядка 2 – 5 час. В это время количество центриолей, митохондрий и пластид удваивается, идут активные метаболические процессы, накапливаются белки и энергия для предстоящего деления. Клетка приступает к делению.

Задания для самостоятельной работы студентов

1. Заполните таблицу: Фазы митотического цикла

Набор хромосом и ДНК в исходной клетке

Число делений, фазы

Количество дочерних клеток из одной материнской клетки

Набор хромосом и ДНК в дочерних клетках

Биологическое значение

3.Заполните таблицу: Сравнительная характеристика митоза

имейоза

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Материал для справок

Размножение – это способность организмов производить себе подобных представителей того же вида.

Оплодотворение – процесс слияния сперматозоида и яйцеклетки, сопровождающийся объединением геномов отцовского и материнского организмов и завершающийся образованием зиготы.

Различают наружное и внутреннее оплодотворение:

наружное оплодотворение – половые клетки сливаются вне организма;

внутреннее оплодотворение – половые клетки сливаются внутри половых путей особи.

Кроме того, существуют:

перекрестное оплодотворение – объединяются половые клетки разных особей;

самооплодотворение – слияние гамет, продуцируемых одним и тем же организмом;

моноспермия и полиспермия в зависимости от числа сперматозоидов, оплодотворяющих одну яйцеклетку.

Индивидуальное развитие организмов

Онтогенез – процесс индивидуального развития особи, т.е. вся совокупность­ преобразований с момента образования зиготы до прекращения­ существования организма.

Типы онтогенеза

прямой непрямой

Непрямое развитие встречается в личиночной форме, а прямое

– в неличиночной и внутриутробной.

Непрямое развитие:

Непрямой (личиночный) тип развития характерен для многих видов беспозвоночных и некоторых позвоночных животных (рыб, земноводных). У таких организмов в процессе развития формируются одна или несколько личиночных стадий. Наличие личинки обусловлено относительно малыми запасами желтка в яйцах этих животных, а также необходимостью смены среды обитания в ходе развитиялибонеобходимостьюрасселениявидов,ведущихсидячий, малоподвижный или паразитический образ жизни. Личинки живут самостоятельно, активно питаются, растут, развиваются. У них имеется ряд специальных провизорных, т.е. временных, отсутствующих у взрослых форм, органов. Личиноч­ный тип развития сопровождается превращением личинки во взрослую форму – метаморфозом.

Прямое развитие:

Неличиночный(яйцекладный)типразвития имеет место у ряда беспозвоночных,атакжеурыб,пресмыкающихся,птицинекоторых млекопитающих, яйца которых богаты желтком. При этом зародыш длительное время развивается внутри яйца. Основные жизненные функции у таких зародышей осуществляются специальными провизорными органами – зародышевыми оболочками­ .

Внутриутробный тип развития характерен для высших мле­ копитающих и человека, яйцеклетки которых почти лишены желтка. Все жизненные функции зародыша осуществляются через материнский организм. В связи с этим из тканей матери и зародыша развивается сложный провизорный орган – плацента. Завершается этот тип развития процессом деторождения.

Периодизация онтогенеза

Онтогенез представляет собой непрерывный процесс развития особи. Однако его этапы различаются по содержанию и механизмам происходящих процессов, в связи с чем онтогенез многоклеточных организмов подразделяют на периоды. Выделяют два периода он-

тогенеза: эмбриональный и постэмбриональный. Для плацентар-

ных животных принято деление на пренатальный (до рождения)

и постнатальный (после рождения) периоды. Нередко выделяют также проэмбриональный период, включающий процессы формирования половых клеток (сперматогенез и овогенез­ ).

Эмбриональный период

Эмбриональное развитие (эмбриогенез) начинается с момента оплодотворения и представляет собой процесс преобразования зиготы в многоклеточный сложно устроенный организм. Он включает процессы дробления, гаструляции, гисто- и органогенеза. Завершается эмбриогенез выходом из яйцевых или зародышевых оболочек (при личиночном и неличиночном типах развития) либо рождением (при внутриутробном).

Дробление

Дробление – процесс многократных быстро сменяющих­ друг друга митотических делений зиготы, приводящий к образованию многоклеточного зародыша. Деления дробления отличаются от обычных клеточных делений отсутствием постмитотического периода и роста образующихся клеток – бластомеров. В процессе дробления суммарный объем зародыша не изменяется, а размеры составляющих его клеток уменьшаются (зародыш дробится). Характер дробления у разных групп организмов различен и определяется типом яйцеклетки. Различают полное дробление, когда зигота дробится целиком, и неполное, когда дробится только часть ее. Полное дробление, в свою очередь, бывает равномерным, если образующиеся бластомеры примерно одинаковы по величине, и неравномерным, если они отличаются по размерам. Дробление бывает синхронным или асинхронным в зависимости от того, одновременно или нет, происходит деление бластомеров.

В результате дробления образуется многоклеточный зародыш, состоящий из группы тесно прилегающих друг к другу клеток и напоминающий тутовую ягоду. Такой зародыш называют морулой; она претерпевает процесс бластуляции. В ходе бластуляции бластомеры смещаются к периферии, образуя бластодерму; формирующаяся при этом срединная полость заполняется жидко­стью и становится первичной полостью тела – бластоцелью. Такой шаровидный зародыш с однослойной стенкой и полостью внутри называют бластулой. Зародыши всех видов животных проходят стадию бластулы. Бластулы разных животных отличаются­ друг от друга рядом особенностей. После образования­ бластулы начинается процесс

гаструляции.

Гаструляция

Гаструляция – это процесс образования двухили трехслойного­ зародыша – гаструлы, основу которой составляют сложные и разнообразные перемещения клеток бластодермы. Образующиеся слои называют зародышевыми листками. Они представляют собой пласты клеток, имеющих сходное строение, занимающих опреде­ленное положение в зародыше и дающих начало определенным органам и системам органов.

Различают наружный – эктодерма – и внутренний – энто­дерма

– листки, между которыми располагается средний зародышевый­ ли-

сток – мезодерма.

В зависимости от типа бластулы клетки в ходе гаструляции перемещаются по-разному. Выделяют четыре основных способа гастру-

ляции: инвагинация (впячивание), эпиболия (обрастание), иммигра-

ция (проникновение внутрь), деламинация (расслоение), которые в чистом виде почти не встречаются, что дает основание выделять пятый способ – смешанный, или комбинированный.

Следующим за гаструляцией процессом эмбрионального развития является формирование тканей и органов зародыша.

Гисто- и органогенез

В ходе гисто- и органогенеза деление клеток и их перемещения продолжаются, однако ведущую роль приобретают процессы дифференцировки клеток и зародышевых листков.

Дифференцировка–этопроцесспоявленияинарастанияморфо­ логических, биохимических и функциональных различий между отдельными клетками и частями развивающегося зародыша.

Процесс дифференцировки обеспечивается дифференциальной активностью генов, т.е. активностью разных групп генов в различных типах клеток. Функционирование генов обеспечивает синтез разнообразных белков, а, следовательно, метаболические характеристики многих типов клеток и формирующихся из них структур.

Из материала наружного зародышевого листка – эктодермы – образуется нервная пластинка, дающая начало центральной и периферической нервной системе, а также ганглиозная пластинка, из которой формируются ганглии вегетативной нервной системы, клетки мозгового слоя надпочечников, пигментные клетки. Производными эктодермы являются также компоненты органов зрения, слуха, обоняния, эпидермис кожи, волосы, ногти, потовые, сальные и млечные железы, эмаль зубов, эпителий ротовой полости и прямой кишки.

Входеорганогенезапроисходятсложныепреобразованияклеточного материала мезодермы, приводящие к формированию хрящевого и костного скелета, соединительнотканого слоя кожи, скелетных мышц, а также органов кровеносной, выделительной и половой систем организма.

Производными энтодермы являются кишечник и связанные с ним печень, поджелудочная железа, а также легкие.

Взаимодействие частей развивающегося зародыша

На всех стадиях индивидуального развития организм представ­ ляет собой единуюцелостнуюсистему, все части которой находятся в тесной взаимосвязи и взаимозависимости. В процессе эмбриогенеза одни части зародыша направляют и даже изменяют характер развития других. Данные о таком взаимодействии были получены в опытах, проведенных на зародышах амфибий. Оказалось, что у амфибий на спинной стороне тела зародыша имеется группа клеток, направляющих из расположенных по соседству клеток формирование комплекса осевых органов, т.е. нервной трубки, хорды и пищеварительной трубки. Если клетки спинной эктодермы пересадить на брюшную сторону другого зародыша, то можно получить развитие дополнительного комплекса­ осевых органов у второго зародыша. При этом зародыш, лишившийся клеток-организаторов, погибает.

Части зародыша, направляющие развитие связанных с ними струк-

тур, называют индукторами (или организационными центрами),

апроцессвлиянияоднихчастейзародышанахарактерразвитиядругих – эмбриональной индукцией. Явление эмбриональной индукции наблюдается при развитии многих органов у зародышей.

Огромноевлияниенаразвитиезародышаоказываетсреда,вкоторой формируется будущий организм. Температура, свет, влажность, разнообразные химические вещества (ядохимикаты, алкоголь, никотин, ряд лекарственных препаратов и др.) могут нарушать нормальный ход эмбриогенеза и приводить к формированию различных уродств или полной остановке развития.

Задания для самостоятельной работы студентов

1. Заполните таблицу: Формы и способы размножения орга-

низмов

Количество организмов, принимающих участие в делении

Сколько и какие клетки принимают участие

Способы (виды) размножения

Примеры

Значение

2. Заполните схему: Формы и способы размножения организмов

Допишите примеры организмов, размножающихся перечисленными в схеме «Формы и способы размножения организмов».

3. Заполните таблицу: Половые клетки

Тема: Наследственность и изменчивость организмов

Основные вопросы темы

1.Современные представления о геноме.

2.Закономерности наследования признаков: законы единообразия, расщепления, независимого наследования.

3.Анализирующее скрещивание.

4.Взаимодействие генов.

5.Сцепление генов и его нарушение.

6.Наследование пола и признаков, сцепленных с полом.

7.Изменчивость и ее виды.

8.Мутационная изменчивость. Мутагены.

9.Классификация мутаций. Геномные, хромосомные, генные мутации.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Материал для справок

Наследственность–общеесвойствоорганизмовсохранятьипере- давать особенности строения и функций от родителей к потомству.

Изменчивость – общее свойство организмов приобретать новые признаки – различия между особями в пределах вида.

Наследственность и изменчивость – разные свойства организ-

мов: наследственность выражает устойчивость форм в ряду поколений, а изменчивость – способность к преобразованию.

Изменчивость

Ненаследственная Наследственная

Мутационная изменчивость

Мутационная изменчивость вызвана отдельными изменениями –

мутациями.

Основы учения о мутациях заложены голландским ботаником Гуго де Фризом: у растения энотера (ослинник) он наблюдал резкие, скачкообразные отклонения от типичной формы, эти отклонения оказались наследственными. В 1901 – 1903 гг. Гуго де Фризом была создана мутационная теория. Дальнейшие исследования показали, что явление изменчивости свойственно всем организмам: растениям, животным, микроорганизмам. Молекулярные механизмы мутаций стали выясняться с развитием молекулярной генетики в середине 20 века.

Мутации (от лат. mutation – изменение) – это стойкие скачкообразные, наследственные изменения генотипа, обусловленные изменением числа хромосом, строением хромосом или изменением структуры гена.

Мутагены – факторы вызывающие мутации:

•физические (радиация, электромагнитное излучение, давление, температура и т.п.);

•химические (цитостатики, спирты, фенолы, циклические ароматические соединения, иприт и т.п.);

•биологические (бактерии, вирусы).

Мутанты – организмы, у которых произошла мутация.

Классификация мутаций

1. По способу возникновения:

а) индуцированные – возникают при воздействии человека на объекты мутагенами;

б) спонтанные – возникают под влиянием внешних и внутренних факторов, которые называют мутационным давлением среды.

2. По типу клетки, в которой возникли:

а) генеративные – в половой клетке (передаются следующим поколениям);

б) соматические – в соматической клетке (наследуются только при вегетативном размножении).

3. По локализации в клетке:

а) ядерные – затрагивает хромосомы ядра; б) цитоплазматические – затрагивают генетический материал,

заключенный в органоидах цитоплазмы клетки (митохондрии, пластиды). Наследуется по материнской линии, так как зигота получает цитоплазму от матери.

4.По доминантности:

а) доминантные; б) рецессивные.

5.По направленности:

а) прямые – если их проявление приводит к отклонению признаков от так называемого дикого типа (наиболее) распространенного в природе;

б) обратные – (реверсии) если их проявление приводит к полному или частичному восстановлению дикого типа.

6. По значению:

а) положительные – повышают жизнеспособность организма; б) отрицательные – понижают жизнеспособность организма или

приводят к летальному исходу; в) нейтральные – не влияют на жизнеспособность организма.

7. По изменению генотипа:

а) геномные – изменение числа хромосом; б) хромосомные – изменение структуры хромосом;

в) генные (точечные) – изменение структуры гена.