Модуль 5. Экология. Биосфера.
Популяционная генетика – раздел генетики, изучающий генофонд популяций и его изменение в пространстве и во времени.
Популяция – это совокупность особей одного вида, обитающих на определенной территории, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других популяций. Популяция обладает только ей присущими особенностями: численностью, плотностью, пространственным распределением особей. Различают возрастную, половую, размерную структуру популяции. Соотношение разных по возрасту и полу групп в популяции определяют ее основные функции. Соотношение разных возрастных групп зависит от двух причин: от особенностей жизненного цикла вида и от внешних условий.
Для популяции так же характерны такие свойства, как частоты генотипов и аллелей.
Закон Харди – Вайнберга: В популяции из бесконечно большого числа свободно скрещивающихся особей в отсутствие мутаций, избирательной миграции организмов с различными генотипами и давления естественного отбора первоначальные частоты аллелей сохраняются из поколения в поколение.
p2 + 2pq+q2=1 – Уравнение Харди – Вайнберга.
Следует помнить что формула Харди-Вайнберга применима при определенных условиях: 1) для одной пары аутосомных аллелей; 2) если спаривание особей и сочетание гамет при оплодотворении в популяции совершается случайно; 3) если прямые и обратные мутации происходят настолько редко, что их частотой можно принебречь; 4 если популяция достаточно многочислена; 5) если особи разных генотипов имеют одинаковую жизнеспособность, плодовитость и, следавательно, не подвергаются отбору, очевидно, что в природных популяциях это далеко не всегда осуществляется, ограничивая тем самым формула Харди – Вайнберга.
Хронобиология - одна из молодых и быстро развивающихся наук ХХ-ХХ1 веков, изучает временную организацию биосистем на всех уровнях организации живого. Из года в год возрастает интерес к проблемам хронобиологии, методологические принципы которой уверенно проникают в исследования всех уровней организации живого - от молекулярного до биосферного. Основа хронобиологии - биоритмология. Ритмичность - фундаментальное свойство живого. В настоящее время временная организация биологических систем рассматривается как один из основных принципов их организации. Хронобиология является междисциплинарной наукой, которая проникает буквально во все разделы биологии. Хронобиология составляет фундамент хрономедицины, которая в настоящее время выглядит как дерево со многими ответвлениями (хронодиагностика, хронопрофилактика, хронофармакология, хронотерапия, хроногигиена и т.д.).
Биоритмы - это регулярные количественные и связанные с ними качественные изменения биологических процессов, происходящие на различных уровнях организации живого: молекулярно-генетическом, клеточном, тканевом органном, организменном популяционно-биосферном. Главными составляющими параметрами ритма являются период, МЕЗОР, амплитуда, акрофаза (табл. 1).
Классификация биологических ритмов.
Класс ритмов:
1) Высокой частоты (период менее 0,5 ч.) (микроритмы)
Название ритмов: Специальных названий пока нет.
Пример: Ритмы электроэнцефалограммы (альфа-, бета и др.)
Минутные волны. Секундные волны
Период: От тысячной до сотой доли мкрсек. От 30 мс до 2 мс
Минутные волны; до 30 мин
Секундные волны: от 1с до 1мин
Функции, которые присущи данным ритмам: осцилляции на молекулярном уровне, ЭЭГ, дыхание, перистальтика кишечника, ЭКГ.
Рисунок 1. Схематическое изображение ритма и его показателей. Период (Т) - время между повторениями событий или время, требуемое для завершения цикла. Обратная величина периода, в единицах циклов в единицу времени - частота ритма. МЕЗОР (М) - средний уровень показателя. Амплитуда (А) - расстояние от МЕЗОРа до пика, максимума показателя (наибольшее отклонение полезного сигнала от МЕЗОРа). Акрофаза - момент времени, соответствующий регистрации максимального значения полезного сигнала (когда ритм описывается косинусоидой, пик кривой обозначается термином акрофаза, 0).
Цель изучения модуля: Ознакомить студентов с задачами и методами экологии, дать понятие о роли экологических факторов в биосфере. Изучить взаимосвязь человека и окружающей среды. Ознакомиться с основными характеристиками популяции. Освоить основные понятия хронобиологии.
Задачи модуля: Научить студентов применять закон Харди-Вайнберга для человеческих популяций. Ознакомить студентов с основными понятиями хронобиологии.
Изучение данного учебного модуля направлено на формирование у обучающихся следующих компетенций, предусмотренных ФГОС-3 по направлениям подготовки – 060201 «лечебное дело» и 060103 «педиатрия»:
а) общекультурные (ОК):
способностью и готовностью анализировать социально значимые проблемы и процессы, использовать на практике методы гуманитарных, естественнонаучных, медико-биологических и клинических наук в различных видах профессиональной и социальной деятельности (ОК-1);
б) профессиональные (ПК)
способностью и готовностью выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, использовать для их решения соответствующий физико-химический и математический аппарат (ПК-2);
способностью и готовностью к формированию системного подхода к анализу медицинской информации, опираясь на всеобъемлющие принципы доказательной медицины, основанной на поиске решений с использованием теоретических знаний и практических умений в целях совершенствования профессиональной деятельности (ПК-3);
способностью и готовностью анализировать роль биологических факторов в развитии болезней, генотипические и фенотипические проявления наследственных болезней, генетические основы врожденных нарушений челюстно-лицевого аппарата, владеть современными методами исследования генетики человека, принципами медико-генетического консультирования; объяснять характер отклонения в ходе развития, способных привести к формированию вариантов, аномалий и пороков развития (ПК-26).
В результате освоения модуля студент должен:
Знать:
основные принципы и эволюционные механизмы, действующие в человеческих популяциях.;
сущность, математическое выражение и практическое использование закона Харди-Вайнберга.;
цели и задачи современной хронобиологии, базовые термины хронобиологии, классификацию ритмов и их основные параметры;
главные механизмы регуляции суточной ритмичности.
Уметь:
применить полученные знания для расчета генетической структуры популяции по имеющимся данным о частоте встречаемости признака;
самостоятельно обосновать значение хронобиологии для медицины.;
получить ориентировочные расчеты основных параметров ритма (мезора, амплитуды, периода и акрофазы) по нескольким точкам во временном ряду.
Владеть:
подходами к решению популяционно-генетических задач;
навыками построения биоритмов в виде графика.