Up_Ekologia

- преобразование плавников в подобие ног для ведения донного, прибрежного об-

раза жизни и создание предпосылок для выхода на сушу. Долгое время считалось, что кистеперые рыбы являются ископаемыми, однако в последние десятилетия были найдены популяции кистеперых рыб, сохранившиеся до нашего времени (Рисунок 2.17).

Рисунок 2.17 - Кистеперая рыба – целакант, имеющая плавники приспособленные к выходу на сушу

Рисунок 2.17а - Живой целакант

В процессе донного образа жизни плавники утратили предназначение для быстрого плавания. Ряд рыб использовал плавники как ноги, чтобы подкрадываться к добыче (Ри-

сунок 2.18,19).

Рисунок 2.18 - Рыба жаба, превратившая плавники в ноги

21

Рисунок 2.19 Илистые прыгуны, имеющие бифункциональность плавников – ног

- появление артроподов – крабообразных (Рисунок 2.20), которые поначалу мигрировали в прибрежную зону богатую пище и бедную хищниками для откладывания яиц, а в последствии стали постепенно завоевывать сушу и дали жизнь царству насекомых.

Рисунок 2.20 - Артропод - панцирное крабообразное - первый завоеватель суши

Именно артроподы явились основой будущей жизни на суше.

Рисунок 2.20а - Классы насекомых, произошедшие от артроподов

22

Наш мир захвачен панцирными артроподами, которые являются подлинными хозяевами земли, и которые останутся на земле даже после гибели человечества. На настоящий момент их количество оценивается в 4-5 млн видов.

Рисунок 2.21 - Александр Иванович Опарин

В 1917 году окончил естественное отделение Физико-математического факультета МГУ. В 1925 году он начал читать в МГУ курс лекций. С начала 1935 года начинает свою работу Институт биохимии АН СССР, основанный Опариным совместно с А. Н. Бахом. С самого основания Института Опарин руководил Лабораторией энзимологии, которая в будущем преобразовалась в Лабораторию эволюционной биохимии и субклеточных структур. До 1946 он является заместителем директора, после смерти А. Н. Баха — директором этого института. 3 мая 1924 года на собрании Русского ботанического общества выступил с докладом «О возникновении жизни», в котором предложил теорию возникновения жизни из бульона органических веществ. В середине XX века были экспериментально получены сложные органические вещества при пропускании электрических зарядов через смесь газов и паров, которая гипотетически совпадает с составом атмосферы древней Земли. В качестве протоклеток Опарин рассматривал коацерваты — органические структуры, окружѐнные жировыми мембранами. В 1942—1960 А. И. Опарин заведовал Кафедрой биохимии растений МГУ, где читал курсы лекций по общей биохимии, технической биохимии, спецкурсы по энзимологии и по проблеме происхождения жизни. После смерти в 1951 С. И. Вавилова А. И. Опарин стал 2-м председателем правления Всесоюзного просветительского общества «Знание». Оставался на этому посту по 1956, когда председателем «Знания» был избран М. Б. Митин. В 1970 году было организовано Международное научное общество по изучению возникновения жизни (International Society for the Study of the Origin of Life), первым президентом, а затем почѐтным президентом которого был избран Опарин. Исполком ISSOL в 1977 г. учредил Золотую медаль имени А. И. Опарина, присуждаемую за важнейшие экспериментальные исследования в этой области. Умер 21 апреля 1980 года. Похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.

23

3 ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЖИЗНИ

Жизнь как явление характеризуется метаболизмом, размножением, наследственностью, изменчивостью, ростом, развитием, смертью.

Метаболи́зм (от греч. μεταβολή, «превращение, изменение») или обмен веществ — полный процесс превращения химических веществ в организме, обеспечивающих его рост, развитие, деятельность и жизнь в целом. В живом организме постоянно расходуется энергия, причѐм не только во время физической и умственной работы, а даже при полном покое (сне). Обмен веществ представляет собой комплекс биохимических и энергетических процессов, обеспечивающих использование пищевых веществ для нужд организма и удовлетворения его потребностей в пластических и энергетических веществах.

Размножение - это увеличение количества особей вида посредством воспроизведения. Способность к размножению, или самовоспроизведению, является одним из обязательных и важнейших свойств живых организмов. Размножение поддерживает длительное существование вида, обеспечивает преемственность между родителями и их потомством в ряду многих поколений. Размножение бывает бесполое и половое.

Формы бесполого размножения:

1. Бинарное деление - митотическое деление, при котором образуются две равноценные дочерние клетки (Рисунок 3.1);

а — начало профазы; б — конец профазы; в — метафаза; г — анафаза; д — телофаза;

е — завершение митоза. 1 — ядро; 2 — ядрышко; 3 — ядерная оболочка; 4 — неспирализованные хромосомы; 5 — пара центртриолей; 6 — нити веретена

деления; 7 — родительские хромосомы разных типов; 8 — центромеры хромосом; 9 — до-

черние хромосомы; 10 — поперечная мембранная перегородка между дочерними клетками.

Рисунок 3.1- Фазы митотического деления

2. Множественное деление, или шизогония. Материнская клетка распадается на большое количество более или менее одинаковых дочерних клеток (малярийный плазмодий) (Рисунок 3.2);

24

Рисунок 3.2 -Шизогония

3. Споруляция. Размножение посредством спор - специализированных клеток грибов и растений (Рисунок 3.3). Если споры имеют жгутик и подвижны, то их называют зооспорами (хламидомонада). Если споры образуются с помощью митоза, то они имеют одинаковый генетический материал, если же они образуются с помощью мейоза, то они имеют генетический материал только одного организма, но генетически такие споры неравноценны;

Рисунок 3.3 - Растения размножающиеся посредством спор

Рисунок 3.3а - Споры грибов

4. Почкование. На материнской особи происходит образование выроста - почки, из которого развивается новая особь (дрожжи, гидра) (Рисунок 3.4);

25

Рисунок 3.4 Почкообразование у гидры

5. Фрагментация - разделение особи на две или несколько частей, каждая из которых развивается в новую особь (Рисунок 3.5). У растений (спирогира), и у животных (кольчатые черви). В основе фрагментации лежит свойство регенерации;

Рисунок 3.5 - Водоросль спирогира произрастающая повсеместно в случае разрыва в любом месте достраиватся до нужных размеров и формы. Разорванные иглокожие (морские звезды) легко достраиваются до исходных размеров

6. Вегетативное размножение. Характерно для многих групп растений. При вегетативном размножении новая особь развивается либо из части материнской, либо из особых структур (луковица, клубень и т.д.), специально предназначенных для вегетативного размножения (Рисунок 3.6);

26

Рисунок 3.6 - Размножение клубники

7. Клонирование. Искусственный способ бесполого размножения.. Клон - генетически идентичное потомство, полученное от одной особи в результате того или иного способа бесполого размножения. Реализован в практике, путем введения в клетку искусственного ядра. Техника введения показана на рисунке 3.7

Рисунок 3.7 - Техника введения ядра в клетку

В естественных условиях клоны появляются редко. Общеизвестный пример естественного клонирования, существующего в природе и имеющего место у человека - однояйцевые близнецы, развившиеся из одной яйцеклетки (Это обязательно дети одного пола). До шестидесятых годов двадцатого века клоны получали искусственным путем исключительно при вегетативном размножении растительных организмов, чаще всего для сохранения сортовых признаков и при получении культур микроорганизмов, используемых в медицине. В начале шестидесятых годов были разработаны методы, позволяющие успешно клонировать некоторые высшие растения и животных путем выращивания из отдельных клеток. Эти методы возникли в результате попыток доказать, что ядра зрелых клеток, закончивших свое развитие, содержат всю информацию, необходимую для кодирования всех признаков организма, и что специализация клеток обусловлена включением и выключением определенных генов, а не утратой некоторых из них. Первый успех был достигнут профессором Стюардом из Корнельского университета, который показал, что, выращивая отдельные клетки корня моркови (ее съедобной части) в среде, содержащей нужные питательные вещества и гормоны, можно индуцировать процессы клеточного деления, приводящие к образованию новых растений моркови. Вскоре после этого Гѐрдон, работавший в Оксфордском университете, впервые сумел добиться клонирования позвоночного животного. Позвоночные в естественных условиях клонов не образуют; однако, пересаживая ядро, взятое из клетки кишечника лягушки, в яйцеклетку, собственное ядро которой предварительно было разрушено путем облучения ультрафиолетом, Гѐрдону удалось вырастить головастика, а затем и лягушку, идентичную той особи, от которой было взято ядро.

27

С семидесятых годов ученые предпринимали попытки клонирования млекопитающих. Крохотная овечка Долли - символ очередного этапа успешного развития биотехнологии. Такого рода эксперименты не только доказывают, что дифференцированные (специализированные) клетки содержат всю информацию, необходимую для развития целого организма, но и позволяют рассчитывать, что подобные методы можно будет использовать для клонирования позвоночных, стоящих на более высоких ступенях развития, в том числе и человека. Техника клонирования сулит, в первую очередь, большие перспективы для животноводства, так как дает возможность получать от любого животного, обладающего ценными качествами, многочисленные генетически идентичные копии с теми же признаками. Клонирование нужных животных, например племенных быков, скаковых лошадей и т.п., может оказаться столь же выгодным, как и клонирование растений, которое, как было сказано, уже производится. Также одна из возможных областей применения данной технологии клонирование редких и исчезающих видов диких животных. Фактически появились реальные технические возможности для клонирования человека.

Наследственность. Уже более ста лет назад стало известно, что каждый новый организм возникает в результате соединения мужской и женской половых клеток - яйцеклетки и сперматозоида.

Работы немецкого биолога Ф. Шнейдера наводили на мысль, что из элементов ядра клетки наиболее вероятными непосредственными носителями наследственности являются «цветные тельца» - хромосомы. Свое название они получили после того как для их наблюдения под микроскопом их окрашивали красителями для лучшего рассмотрения.

Голландец Э. ван Бенедан заметил, что в половых клетках хромосом в два раза меньше (Рисунок 3.8), и только после слияния разнополых клеток образуется нормальный хромосомный набор.

Рисунок 3.8 - Хромосомы человека в черно-белом варианте

Рисунок 3.8а - Хромосомы человека в цветном варианте

28

Рисунок 3.8б - Строение хросмосомы

Хромосомная теория наследственности (морганизм) трансформировалась в молекулярную генетику, в учение о гене, как участке ДНК.

На рисунке показан процесс "упаковки" ДНК в сложно-скрученные структуры. Причины "укладки" очевидны - ДНК слишком длинная молекула (длина цепи ДНК одной хромосомы - около 10 сантиметров), поэтому еѐ надо упаковать. А чтобы она не слипалась между собой, с ней связываются определѐнные белки. Комплекс белков с ДНК называется хроматином. Для удобства всегда ставят знак тождества между ДНК и хроматином, поскольку "голой" ДНК в природе не встречается. ДНК содержит гены и некодируемые участки. В процессе расхождения удвоившихся хромосом в центромерах происходит разборка полимера приводящая к расхождению хромосом с образованием 2 дочерних клеток. Репликация ДНК происходит под действием ферментов и приводит к образованию второй точной копии молекулы ДНК в удвоенной хромосоме (Рисунок 3.9).

Рисунок 3.9 - Схема репликации молекулы ДНК:

дочерняя цепь (реплика) строится на каждой из родительских полинуклеотидных цепей, как на матрице. Стрелкой указано направление движения так называемой вилки репликации, пунктиром обозначены водородные связи между азотистыми основаниями.

А — аденин, Т — тимин, Г — гуанин, Ц — цитозин

29

Хромосомная теория наследственности объясняет не только процесс эволюции и передачу признаков родителей детям, но и показывает генетическую связь всего живого, в том числе родственную связь людей и обезьян. В процессе изучения хромосомной теории наследственности были выявлены хромосомно-наследственные заболевания, вызываемые нерасхождением хромосом в процессе митоза клетки. Такие хромосомные образования называются трисомией и по определению излечение данных заболеваний невозможно.

Синдром Патау (трисомия по хромосоме 13). Впервые описано в 1960 году. По-

пуляционная частота 1 на 7800.

Для синдрома Патау характерны следующие диагностические признаки: расщелина верхней губы и неба, низко посаженные деформированные ушные раковины, флексорное положение пальцев рук, выпуклые ногти, поперечная ладонная складка, стопакачалка. Из пороков внутренних органов отмечены врожденные пороки сердца (дефекты перегородок и крупных сосудов), незавершенный поворот кишечника и др. Глубокая идиотия. Дети, в основном, умирают в возрасте до 1 года, чаще в первые 2-3 месяца жизни.

Синдром Эдвардса (трисомия по хромосоме 18) (Рисунок 3.10). Описан в 1960

году. Популяционная частота составляет 1 на 6500. Дети с синдромом Эдвардса имеют малую массу тела при рождении. Основными диагностическими признакамисиндрома являются: низко посаженные аномальной формы уши, скошенный подбородок. Имеются аномалии развития конечностей: верхних - сгибательные деформации пальцев, перекрывание пальцев, сжатые пальцы рук, широкий палец стопы, типичная форма стопы в виде качалки. Из внутренних пороков следует отметить комбинированные пороки сердечнососудистой системы, незавершенный поворот кишечника пороки развития почек чаще гидронефроз и подковообразная почка), крипторхизм. Дети погибают, в основном, в возрасте до 1 года от осложнений, вызванных врожденными пороками развития.

Рисунок 3.10 - Синдром Эдвардса

Синдром Дауна (трисомия хромосомы 21) (Рисунок 3.11). Впервые описан в 1866

году английским врачом Дауном. Наиболее часто встречающийся хромосомный синдром - популяционная частота составляет 1 случай на 600-700 новорожденных детей. Частота рождения детей с данным синдромом зависит от возраста матери и резко увеличивается после 35 лет. Цитогенетические варианты очень разнообразны, но около 95% случаев представлены простой трисомией 21 хромосомы. Несмотря на интенсивное изучение синдрома причины нерасхождения хромосом до настоящего времени не ясны.

Основными диагностическими признаками синдрома являются: типичное плоское лицо, монголоидный разрез глаз, открытый рот, аномалии зубов, короткий нос и плоская переносица, избыток кожи на шее, короткие конечности, поперечная четырех-пальцевая ладонная складка (обезьянья борозда). Из пороков внутренних органов часто отмечаются врожденные пороки сердца и желудочно-кишечного тракта, которые и определяют про-

30