Обмен веществ у бактерий

Обмен веществ у бактерий

        При сравнительно бедных морфологических признаках бактерии отличаются большим разнообразием осуществляемых ими в природе превращений веществ.

        Бактерии в совокупности с другими группами микроорганизмов выполняют колоссальную химическую работу. При их участии происходит разложение сложных органических веществ — растительных и животных отстатков— до простых минеральных соединений: углекислоты, аммиака, нитратов, сульфатов и др.,— которые вновь ассимилируются растениями, а затем поступают в организм животного. Таким образом на Земле осуществляется в колоссальном масштабе круговорот жизненно необходимых элементов: углерода, азота, серы, фосфора, железа и др., и бактерии являются важнейшим звеном в этом процессе.

        Превращая различные соединения, бактерии получают необходимую для их жизнедеятельности энергию и питательные вещества. Процессы обмена веществ, способы добывания энергии и потребности в материалах для построения веществ своего тела у бактерий чрезвычайно разнообразны.

        Одни из бактерий нуждаются в готовых органических веществах — аминокислотах, углеводах, витаминах,— которые должны присутствовать в среде, так как сами не могут их синтезировать. Такие микроорганизмы называются гетеротрофами. Другие бактерии все потребности в углероде, необходимом для синтеза органических веществ тела, удовлетворяют исключительно за счет углекислоты. Они называются автотрофами.

        По своим потребностям гетеротрофы очень разнообразны: некоторые из них нуждаются в большом наборе аминокислот, витаминов, углеводов и т. д.; другие требуют наличия в среде лишь небольшого числа готовых аминокислот, потребности в витаминах у них могут быть ограничены. Есть и такие формы, которые могут сами синтезировать все вещества: белки, сахара, жиры и т. д., если в среде, где происходит их развитие, присутствует всего одно или несколько простых органических соединений. Такие гетеротрофные организмы ближе стоят к автотрофам.

        Каждый организм для поддержания жизни и осуществления процессов, совокупность которых составляет обмен веществ, нуждается в постоянном и непрерывном притоке энергии.

        Гетеротрофные микроорганизмы получают энергию при окислении органических веществ кислородом или при сбраживании (без участия кислорода).

        Типы окислительных процессов в мире бактерий исключительно разнообразны. Эти микроорганизмы могут окислять любые имеющиеся в природе органические вещества. Если бы в природе существовало какое-либо органическое вещество (продукт животного или растительного происхождения), которое не могло бы быть окислено каким-либо микробом, то оно неизбежно накапливалось бы на поверхности Земли, а этого не происходит. Только в недрах, изолированных от кислорода, могут сохраняться органические вещества — нефть, уголь. Против микробного окисления не могут устоять даже искусственно полученные синтетические вещества, отсутствующие в природе. Но не каждый вид бактерий может разлагать все органические вещества.

        Есть формы, приспособленные к использованию лишь небольшого числа веществ, есть и более универсальные.

        Более того, бактерии способны окислять не только органические, но и неорганические соединения. Окисление бактериями неорганических веществ — серы, аммиака, нитратов, соединений железа, водорода и др., в процессе которого происходит синтез органических веществ из углекислоты, называется хемосинтезом, а бактерии, осуществляющие этот процесс,— хемосинтетиками.

        Различные вещества могут окисляться не только кислородом воздуха, но и соединениями, богатыми кислородом: нитратами, сульфатами и карбонатами. Денитрифицирующие и такие специализированные бактерии, как десульфатирующие и метановые, в анаэробных условиях могут окислять органические, а также неорганические вещества при помощи этих соединений, которые при этом восстанавливаются соответственно до азота, аммиака, водорода и метана.

        Особенностью окисления органических веществ бактериями, как и другими микробами, является то, что оно не обязательно идет до конца как дыхание, т. е. до образования углекислого газа и воды, и в среде остаются продукты неполного окисления.

        Механизмы окислительных процессов у микроорганизмов часто включают те или иные стадии дыхания. Огромное разнообразие окисляемых веществ предполагает существование разных механизмов окисления.

Дыхание является самой совершенной формой окислительного процесса и наиболее эффективным способом получения энергии. Главное преимущество дыхания состоит в том, что энергия окисляемого вещества — субстрата, на котором микроорганизм растет, используется наиболее полно. Поэтому в процессе дыхания перерабатывается гораздо меньше субстрата для получения определенного количества энергии, чем, например, при брожениях. 

Процесс дыхания заключается в том, что углеводы (или белки, жиры и другие запасные вещества клетки) разлагаются, окисляясь кислородом воздуха, до углекислого газа и воды. Выделяющаяся при этом энергия расходуется на поддержание жизнедеятельности организмов, рост и размножение. Бактерии вследствие ничтожно малых размеров своего тела не могут накапливать значительного количества запасных веществ. Поэтому они используют в основном питательные соединения среды.  В общем виде дыхание можно представить следующим уравнением:  С6Н12О6 + 602 = 6С02 + 6Н20 + 2,87-106 дж.  глюкоза кислород углекислый газ вода энергия  За этой простой формулой скрывается сложная цепь химических реакций, каждая из которых катализируется специфическим ферментом. 

Ферментативные реакции, происходящие в процессе дыхания, в настоящее время хорошо изучены. Схема реакций оказалась универсальной, т. е. в принципе одинаковой у животных, растений и многих микроорганизмов, в том числе бактерий. Процесс дыхания при окислении глюкозы складывается из следующих основных этапов (рис. 10).  Сначала происходит образование фосфорных эфиров глюкозы — моноaктивированная глюкоза в форме дифосфата далее расщепляется на два триозофосфата (трехуглеродные соединения): фосфоглицериновый альдегид и диоксиацетон-фосфат, которые могут обратимо превращаться друг в друга. 

Далее в обмен вступает фосфоглицериновый альдегид, он окисляется в дифосфо-глицериновую кислоту. Назначение этого процесса заключается в отщеплении атомов водорода от окисляемого субстрата и переносе водорода с помощью специфических окислительных ферментов к кислороду воздуха (см. рис. 10, 11).  Водород от фосфоглицеринового альдегида присоединяется к ферменту — никотин-амиддинуклеотиду (НАД); при этом альдегид окисляется до кислоты и выделяется энергия. Часть этой энергии тратится на образование АТФ; при этом присоединяется фосфорная кислота к аденозиндифосфат у— АДФ. При гидролизе АТФ энергия освобождается и может быть затрачена на различные процессы синтеза белка и другие нужды клетки.  Фосфоглицериыовая кислота окисляется до пировиноградной кислоты. При этом также образуется АТФ, т. е. запасается энергия.  На этом завершается первая — анаэробная — стадия процесса дыхания, которая носит название гликолитического пути или пути Эмбдена — Мейергофа — Парнаса. Для осуществления этих реакций кислород не требуется. Образовавшаяся пировиноградная кислота (СН3СОСООН) является интереснейшим и очень важным соединением. Пути расщепления глюкозы в процессе дыхания и многих брожений, вплоть до образования пировиноградной кислоты, идут совершенно одинаково, что впервые было установлено русским биохимиком С. П. Костычевым. Пировиноградная кислота является тем центральным пунктом, от которого расходятся пути дыхания и брожений, откуда начинается специфическая для данного процесса цепь ферментативных превращений -специфическая цепь химических реакций (рис. 11).  В процессе дыхания пировиноградная кислота вступает в цикл трикарбоновых кислот (рис. 12). Это сложный замкнутый круг превращений, в результате которых образуются органические кислоты с 4, 5 и 6 атомами углерода (яблочная, молочная, фумаро-вая, а-кетоглутаровая и лимонная) и отщепля-«тся углекислота.  Прежде всего от пировиноградной кислоты, содержащей три атома углерода, отщепляется СО2 — образуется уксусная кислота, которая с коферментом А образует активное соединение — ацетилкоэнзим А. Он передает остаток уксусной кислоты (ацетил) на щавелевоуксусную кислоту {4 атома углерода), и образуется лимонная кислота (6 атомов углерода). Лимонная кислота претерпевает несколько превращений, в результате выделяется С02 и образуется пяти-углеродное соединение — а-кетоглутаровая кислота. От нее тоже отщепляется С02 (третья молекула углекислого газа), и образуется янтарная кислота (4 атома углерода), которая затем превращается в фумаровую, яблочную и, наконец, щавелевоуксусную кислоту.  На этом цикл замыкается. Щавелевоуксусная кислота снова может вступить в цикл.  Таким образом, в цикл вступает трехуглерод-ная пировиноградная кислота, и по ходу превращений выделяются 3 молекулы С02.  Водород пировиноградной кислоты, освобождающийся при дегидрировании в аэробных условиях, не остается свободным — он поступает в дыхательную цепь (так же, как водород глицеринового альдегида, отнятый при превращении его в глицериновую кислоту). Это — цепь окислительных ферментов.  Ферменты, которые первыми берут на себя водород от окисляемого субстрата, называются первичными дегидрогеназами.  В их состав входят ди- или трипиридин-нуклео-тиды: НАД или НАДФ и специфический белок. Механизм присоединения водорода — один и тот же:  Окисляемое вещество — Н2 + НАД -> окисленное вещество + НАД*Н2  Водород, полученный дегидрогеназой, затем присоединяется к следующей ферментной системе — флавиновым ферментам (ФМН или ФАД).  От флавиновых ферментов электроны попадают на цитохромы — железосодержащие протеиды (сложные белки). По цепи цитохро-мов передается не атом водорода, а только электроны. При этом происходит изменение валентности железа: Fe++ — e->Fe++  Заключительная реакция дыхания — это присоединение протона и электрона к кислороду воздуха и образование воды. Но прежде происходит активирование молекулы кислорода под действием фермента цитохромоксидазы. Активирование сводится к тому, что кислород приобретает отрицательный заряд за счет присоединения электрона окисляемого вещества. К активированному кислороду присоединяется водород (протон), образуя воду.  Кроме упомянутой цепи переносчиков электронов и водорода, известны и другие. Процесс этот гораздо более сложен, чем изложенная схема.  Биологический смысл этих превращений заключается в окислении веществ и образовании энергии, В результате окисления молекулы сахара (глюкозы) в АТФ запасается 12,6-1053ж энергии, в самой молекуле сахара содержится 28,6-106 дж, следовательно, полезно используется 44% энергии. Это очень высокий коэффициент полезного действия, если сравнить его с к. п. д. современных машин.  В процессе дыхания образуется огромное количество энергии. Если вся она выделилась бы сразу, то клетка перестала бы существовать. Но этого не происходит, потому что энергия выделяется не вся сразу, а ступенчато, небольшими порциями. Выделение энергии небольшими дозами обусловлено тем, что дыхание представляет собой многоступенчатый процесс, на отдельных этапах которого образуются различные промежуточные продукты (с разной длиной углеродной цепочки) и выделяется энергия. Выделяющаяся энергия не расходуется в виде тепла, а запасается в универсальном макроэр-гическом соединении — АТФ. При расщеплении АТФ энергия может использоваться в любых процессах, необходимых для поддержания жизнедеятельности организма: на синтез различных органических веществ, механическую работу, поддержание осмотического давления протоплазмы и т. д.  Дыхание является процессом, дающим энергию, однако его биологическое значение этим не ограничивается. В результате химических реакций, сопровождающих дыхание, образуется большое количество промежуточных соединений. Из этих соединений, имеющих различное количество углеродных атомов, могут синтезироваться самые разнообразные вещества клетки: аминокислоты, жирные кислоты, жиры, белки, витамины.  Поэтому обмен углеводов определяет остальные обмены веществ (белков, жиров). В этом его огромное значение.  С процессом дыхания, его химическими реакциями связано одно из удивительных свойств микробов — способность испускать видимый свет — люминесцировать.  Известно, что ряд живых организмов, в том числе бактерии, могут испускать видимый свет. Люминесценция, вызываемая микроорганизмами, известна уже в течение столетий. Скопление люминесцирующих бактерий, находящихся в симбиозе с мелкими морскими животными, иногда приводит к свечению моря; с люминесценцией встречались также при росте некоторых бактерий на мясе и т. д.  К основным компонентам, взаимодействие между которыми приводит к испусканию света, относятся восстановленные формы ФМН или НАД, молекулярный кислород, фермент люцифераза и окисляемое соединение — люциферин. Предполагается, что восстановленные НАД или ФМН реагируют с люциферазой, кислородом и люциферином, в результате чего электроны в некоторых молекулах переходят в возбужденное состояние и возвращение этих электронов на основной уровень сопровождается испусканием света. Люминесценцию у микробов рассматривают как «расточительный процесс», так как при этом энергетическая эффективность дыхания снижается.

ЭКОЛОГИЯ бакТЕРИй : Микроорганизмы распространены повсеместно. Весь земной шар «укутан» в живую пленку, большая доля в которой приходится на микробы. Нет места на нашей планете, где бы не было микроорганизмов. Исключения составляют лишь кратеры действующих вулканов и небольшие площадки в эпицентрах взорванных атомных бомб. Ни сверхнизкие температуры Антарктики, ни кипящие струи гейзеров, ни насыщенные растворы солей в соляных бассейнах, ни сильная инсоляция горных вершин, ни резкие колебания кислотности среды, ни многое другое не мешают существованию и развитию микрофлоры в природных субстратах, правда, в каждом случае разной по составу. Все живые существа — растения, животные и люди — постоянно взаимодействуют с микробами, являясь часто не только их хранилищами, но и распространителями. Горные породы, вода, иловые осадки и почвы также довольно плотно заселены микроорганизмами. Иначе говоря, микроорганизмы — это типичные обитатели — аборигены нашей планеты. Более того, они являются ее первопоселенцами, активно осваивающими самые неподатливые природные субстраты.

Расселением, изучением структуры и функций особей и сообществ организмов в природной обстановке занята специальная отрасль биологии — экология. Исследование микробного мира находится в сфере экологии микроорганизмов. Основная суть этой науки улавливается даже из самого термина «экология» (от греч. «ойкос» — дом, местообитание). Поэтому экологические исследования микроорганизмов проводятся в «их доме». Ни на каком ином уровне, изучая наследственные свойства микробов, химический состав и тонкое строение клетки, нельзя получить тех сведений, которые добываются при экологических исследованиях.

Значение в биосфере:: Роль бактерий в биосфере велика. Благодаря их жизнедеятельности происходит разложение и минерализация органических веществ отмерших растений и животных. Образовавшиеся при этом простые неорганические соединения (аммиак, сероводород, углекислый газ и др.) вовлекаются в общий круговорот веществ, без которого была бы невозможна жизнь на Земле. Бактерии вместе с грибами и лишайниками разрушают горные породы, участвуя тем самым в начальных стадиях почвообразовательных процессов.

Особую роль в природе играют бактерии, способные связывать свободный молекулярный азот, недоступный для высших растений. К этой группе относятся свободноживущий азотобактер и клубеньковые бактерии, поселяющиеся на корнях бобовых растений. Проникая через корневой волосок в корень, они вызывают сильное разрастание клеток корня, имеющее форму клубеньков. На первых порах бактерии живут за счет растения, а затем начинают фиксировать азот с последующим образованием аммиака, а из него — нитритов и нитратов. Образовавшихся азотистых веществ достаточно и для бактерий, и для растений. Кроме того, часть нитритов и нитратов выделяется в почву, повышая ее плодородие. Количество фиксируемого азота клубеньковыми бактериями может достигать 450—550 кг/га в год.

33. Царство Растений. Отличительные признаки растений. Таксономия растений.

Мир растений традиционно разделяют на две основные группы: "низшие", или не цветковые растения (водоросли, папоротники и мхи) и "высшие", или цветковые (орхидеи, кустарники и деревья). Впрочем, внутренние разграничения в царстве растений имеют произвольный характер. По мнению некоторых ученых, отдельные виды живых существ нельзя с уверенностью отнести ни к флоре, ни к фауне, а потому их следует выделить в отдельную категорию. К ней, в частности, относятся бактерии и сине-зеленые водоросли, клетки которых лишены оформленных ядер.

Вообще-то 3DMax курсы не являются обязательной дисциплиной, но рекомендуются!

Мир водорослей гораздо разнообразнее, чем кажется на первый взгляд - от простейших одноклеточных до сложных многоклеточных организмов типа морской капусты. Большинство водорослей живет в воде, но их нетрудно найти и в каком-нибудь сыром местечке на суше в виде зеленоватого налета на отсыревших стенах или цветочных горшках.

Таксономия раст:

Бурые водоросли (Phaeophyta)  [160]		Моховидные (Bryophyta)  [178]
	Голосеменные (Coniferophyta): таксономия  [224]		Папоротниковидные (Pteridophyta)  [89]
	Диатомовые водоросли (Bacillariophyta)  [74]		Плауновидные (Lycopodiophyta)  [15]
	Желто-зеленые водоросли (Xanthophyta)  [145]		Псилотовидные (Psilotophyta)  [2]
	Зеленые водоросли (Chlorophyta)  [450]		Риниофиты (Rhyniophyta)  [6]
	Золотистые водоросли (Chrysophyta)  [166]		Сине-зеленые водоросли (Cyanobacteria)  [22]
	Зостерофиллофиты (Zosterophyllophyta)  [0]		Харовые водоросли (Charophyta)  [53]
	Красные водоросли (Rhodophyta)  [605]		Хвощевидные (Equisetophyta)  [17]
	Лишайники (Lichenes)  [1]		Цветковые растения (Magnoliophyta): таксономия  [4198]
См. также

1. 34. Ароморфозы и экология Низших растений.

    1. Ароморфозы — эволюционные изменения, способствуют общему подъему организации и повышению интенсивности жизнедеятельности организмов, освоению новых сред обитания, выживанию в борьбе за существование. Ароморфоз — основа повышения выживаемости организмов, увеличения численности популяций, расширения их ареала, образования новых популяций, видов.           2. Возникновение в клетках хлоропластов с хлорофиллом, фотосинтеза — важный ароморфоз в эволюции органического мира, обеспечивший все живое пищей и энергией, кислородом.           3. Появление от одноклеточных многоклеточных водорослей — ароморфоз, способствующий увеличению размеров организмов. Ароморфные изменения — причина появления от водорослей более сложных растений — псилофитов. Их тело состояло из различных тканей, ветвящегося стебля, ризоидов (выростов от нижней части стебля, укрепляющих растение в почве). 4. Дальнейшее усложнение растений в процессе эволюции: появление корней, листьев, развитого стебля, тканей, позволивших им освоить сушу (папоротники, хвощи, плауны).           5. Ароморфозы, способствующие усложнению растений в процессе эволюции: возникновение семени, цветка и плода (переход семенных растений от размножения спорами к размножению семенами). Спора — одна специализированная клетка, семя — зачаток нового растения с запасом питательных веществ. Преимущества размножения растений семенами — уменьшение зависимости процесса размножения от окружающих условий и повышение выживаемости.           6. Причина ароморфозов — наследственная изменчивость, борьба за существование, естественный отбор.     

Общие особенности водорослей. Водоросли от других растительных организмов отличаются следующими признаками:

Водоросли, или низшие растения

Живут главным образом в воде.

Не имеют вегетативных органов.

Органы размножения одноклеточные.

Окраска разнообразна.

Водоросли 1. Эукариоты. 2. Способность к фотосинтезу. 3. Наличие специальных фотосинтетических пигментов, которые находятся в специальных органоидах — хроматофорах. 4. Автотрофы. 5. Клеточная стенка состоит из 2–х слоев: целлюлозный слой, прикрепленный к мембране и пиктиновый слой. 6. Размножение половым и бесполым путем. 7. Чередование полового и бесполого поколения. 8. Возможность образования — зооспор (подвижных) и апланоспор (неподвижных). 9. Возможность образования гамет. 10. Тело — слоевище (таллом). 11. Светочувствительный глазок. Лишайники 1. Симбиоз гриба и водоросли (гриб поставляет воду с растворенными минеральными солями, водоросль — органику) 2. Нет зеленой окраски. 3. Очень неприхотливы. 4. Размножение — бесполое и специальными образованиями: соредии, изидии, цефаллодии. Мхи 1. Тело разделено на стеблевидную ось и листообразные пластинки. 2. Наблюдается первичная дифференцировка на ткани. 3. Корней нет, у некоторых развиты ризоиды. 4. Половые органы антеридии (мужские) и архегонии (женские). 5. Фотосинтезирующие ткани развиты слабо. Папоротникообразные 1. Есть корневище с придаточными корнями. 2. Есть стебель с хорошо развитой проводящей тканью. 3. Листья — вайи бывают спороносными и фотосинтезирующие. 4. Чередование поколений с господством спорофита. 5. В клетках гаметофита сосредоточен хлорофилл. 6. Спорангии находятся на нижней стороне листа. 7. У хвощей споры однополые. 8. У плауновидных — гаметофит развивается под землей, лишен хлоропластов. Водоросли могут быть одноклеточные и многоклеточные, иногда крупных размеров, до нескольких десятков метров. Они фотосинтезируют и имеют хлорофилл, но нередко и другие пигменты. Окраска водорослей может быть зеленая, желтоватая, бурая, красная. Клетка водорослей имеет те же части, что и у высших растений. Их фотосинтезирующие пластиды, от которых зависит окраска, называют хроматофора-ми. Размножаются водоросли вегетативным, бесполым и половым путем. Зеленые водоросли, обитающие в пресных водоемах. Большинство зеленых водорослей живет в пресных водоемах, в морях их сравнительно немного. Существуют одноклеточные и многоклеточные водоросли. Хламид о, монада и хлорелла. Мелкие одноклеточные водоросли. Их можно рассмотреть только при помощи микроскопа. Они имеют оболочку, ядро, цитоплазму, чашевидный хроматофор. Но отличаются существенными признаками. Водорослям необходим свет, поэтому на очень больших глубинах они существовать не могут. Их мало и там, где вода бедна питательными веществами. Основную массу донных водорослей составляют бурые и красные водоросли. Форма этих водорослей очень разнообразна: в виде кустиков, пластиночек, шнуров. Бурые водоросли окрашены в бурый, коричневый или почти черный цвета; красные - в розовый, ярко - или темно-красный. Бурые водоросли достигают самых крупных среди морских водорослей размеров. К ним относится, в частности, ламинария, или морская капуста. Тело ламинарии (слоевище) напоминает длинный довольно узкий лист на черешке. Ко дну она прикрепляется выростами - ризоидами. Как и у других водорослей, ризоиды служат лишь для прикрепления: вода всасывается всей поверхностью. Ламинария достигает нескольких метров в длину. Внутреннее строение ее довольно сложное. У нее имеются даже ситовидные клетки, напоминающие ситовидные трубки высших растений. Но сосуды отсутствуют, поскольку у водорослей в них нет и надобности. У ламинарии образуются зооспоры, из которых вырастают микроскопические заростки с половыми органами. Так что цикл развития ламинарии несколько напоминает папоротники. Общие признаки. Мохообразные - растения, часто очень маленькие, сравнительно простого строения. В отличие от водорослей у них, как правило, имеются листья и стебли. Корни всегда отсутствуют; есть только ризоиды. Половые органы и спорангии многоклеточные. Цикл развития совершенно особенный - коробочки со спорангиями развиваются из зиготы непосредственно на растении. Строение мохообразных. Зеленые, или бриевые,

23:44:58

35. Ароморфозы и приспособления к обитанию на суше высших споровых растений

Это первые наземные растения, обитающие во влажных, часто под пологом леса местах, или на болотах, или на полях с кислыми почвами (мхи, папоротники,хвощи, плауны). Господствовавшие в палеозое древовидные папоротники, хвощи и плауны в наше время представлены травами, за исключением тропических древовидных папоротников. Мхи же за этот период изменились мало, так как они занимают только свойственные им влажные места обитания. Этим растениям для размножения необходима вода, поскольку их гаметы — сперматозоиды — переносятся к яйцеклеткам только в капельно-жидкой воде, а заростки могут расти только на влажной почве. Жизнь в трудных условиях суши вела отбор на такие приспособительные признаки, как формирование вегетативных органов (корень, стебель, лист), органов размножения (архегонии, антеридии, спорангии), а также тканей. В цепях питания прошлых геологических эпох высшие споровые растения занимали ведущее место: они служили пищей для травоядных земноводных, пресмыкающихся. В настоящее время их роль как кормовых растений заметно уменьшилась, но значение в природе осталось: они удерживают воду в почве, создают условия для сохранения и прорастания семян голосеменных и покрытосеменных растений, являются средой обитания для животных. В хозяйстве человека велика роль древних древовидных форм, давших залежи каменного угля, который, как и торф, служит не только топливом, но и ценным химическим сырьем. Среди этой группы растений лишь хвощ полевой является трудноискоренимым сорняком полей с повышенной кислотностью почв. Высшие споровые — живые ископаемые, дошедшие до наших дней, поэтому их надо беречь и охранять.

1. 36. Ароморфозы семенных растений. Экология и значение растений отдела голосеменные и покрытосеменные.

2. В девоне появились семенные папоротники, которые вымерли в меловом периоде. Они дали начало семенным растениям, появившимся в результате дальнейшей эволюции разноспоровых растений. Более прогрессивными оказались группы растений, у которых за счет накопления питательных веществ женские спорыувеличились в размерах, - мегаспоры. Прорастая, мегаспоры давали женский гаметофит, образующий яйцеклетки, из которых развиваются зародыши спорофитов. Таким образом, важнейшей особенностью семенных растений является размножение при помощи семян. В отличие от споры, содержащей мало питательныхвеществ и требующей для дальнейшего развития сочетания многих благоприятных условий, внутри семени имеется значительно больше питательных веществ, находится зародыш; оно покрыто кожурой.

3. Следующим ароморфозом семенных растений следует считать появление пыльцевой трубки, по которой мужская гамета движется к женской. Семя образуется из мегаспорангия, который совместно с оболочкой называют семяпочкой или семязачатком. Оболочка мегаспорангия имеет узкий канал, через него проникаютспермии. В мегаспорангии развивается женский гаметофит, образуются яйцеклетки, происходит оплодотворение. Оплодотворению предшествует опыление. Мужские гаметы, возникшие внутри микроспоры, как правило, лишены жгутиков и не обладают подвижностью; они называются спермиями.

4. Таким образом, процесс оплодотворения не зависит от наличия воды. Благодаря этому семенные растения смогли распространиться по всей Земле и занять господствующее положение практически во всех биоценозах. формирование семени и пыльцевой трубки определило редукцию гаплоидного гаметофита и совершенствование диплоидного спорофита, более приспособленного к обитанию в наземных условиях.

5. Семенные растения представлены двумя отделами: Голосемянными и Покрытосеямнными. К голосемянным относят растения, размножающиеся семенами, но не образующие плодов; у покртосемянных растений семена расположенны внутри завязи, из котрой развивается плод, т.е. они защищены (покрыты).

6. Голосеменные растения в нашей стране в основном представлены Хвойными (Pinopsida) - 560 видов и 55 родов.

7. Род сосна (Pinus) – включает 100 видов. Сосновых лесов в России более 116 млн. га. Деревья, достигающие сорокаметровой высоты (а бывают и восьмидесятиметровые). Сосны экономно расходуют влагу, встречаются иногда на скалах, стойко переносят сильные ветры, низкое плодородие почвы. Только одно пугает сосну - темнота. Ей надо много света. Как и у других светолюбивых растений, у сосны ажурная крона, хорошо пропускающая солнечные лучи. Поэтому сосновый лес светлый.

8. Благодаря мощным, длинным и разветвлённым корням сосна скрепляет сыпучие пески дюн на морском побережье, не даёт весенним паводкам и дождевым потокам размывать почву. Сосны – хранители вод, под их сенью не высыхают и не мелеют реки.

9. Как говорили в старину: «Где сосна взошла, там и в дело пошла». А дел для неё всегда хватало. Древесина сосны прочная, используется в виде круглого леса (столбы, брёвна). В распиленном виде (балки, брусья, доски, тёс). Используется для постройки домов, в судостроении, вагоностроении, мебельном производстве. Древесина при перегонке даёт скипидар, сосновый дёготь, смолу, канифоль.

10. В хвое сосны содержатся эфирные масла, дубильные вещества, ряд микроэлементов, витамины.

11. Даже сосновый воздух – драгоценность. У сосны есть способность очищать воздух от бактерий.

12. Древесина лёгкая, прочная высоко ценится как строительный и поделочный материал. Только древесина кедра используется для производства карандашных палочек. Обладая превосходными резонансными качествами, кедровая древесина применяется при изготовлении музыкальных инструментов, в частности роялей.

13. Хвоя кедра используется для получения витаминов, для приготовления лечебных экстрактов. Семена тёмно – бурые граненые, орешки до 1 см в диаметре.

14. Семена кедра – питательное лакомство не только для людей, но и для животных (птиц, бурундуков, белок, соболей, медведей). «Где нет кедра,- говорят охотники, - там нет и соболя». Кедровые орешки не только вкусны, но и полезны: их ядра содержат 28% масла, а также белки, крахмал, витамины и микроэлементы.

15. В Сибири это дерево называют не только кормильцем, но и врачевателем. В кедровых лесах воздух практически стерилен – эфирные масла, содержащиеся в хвое, уничтожают микробов.

16. Главная ценность ели – её древесина. Мягкая, лёгкая, малосмолистая древесина, однородного белого цвета, волокна распределены равномерно. Поэтому музыкальные инструменты, изготовленные из ели обладают изумительным звуком и резонансом. Самые лучшие скрипки, в том числе и инструменты знаменитых итальянцев Амати и Страдивари, изготовлены из ели. Используется в целлюлозно-бумажной промышленности, судостроении, столярном производстве, строительстве, для получения искусственного шёлка. Из еловой живицы поучают скипидар и канифоль.

17. Лёгкая и мягкая древесина служит сырьём для изготовления бумаги, представляет собой неплохой строительный материал. Из ветвей с хвоей получают эфирное масло для производства лекарственного препарата камфары и всевозможных кремов, зубной пасты и др. Пихтовая смола преломляет лучи света, это её свойство нашло применение для склеивания оптических стёкол в микроскопах, биноклях

18. Покрытосеменные (или цветковые) - это крупнейший отдел растительного мира. Он насчитывает 533 семейства, 13000 родов. Почти 250 тысяч видов покрытосеменных делятся на два класса: двудольные и однодольные, различающиеся, прежде всего, по количеству семядолей в зародышах, строению листа и цветка.

19. Победа покрытосеменных повлекла за собой изменения и в животном населении Земли; особенно она должна была сказаться в быстрой эволюции насекомых, млекопитающих и птиц, питающихся насекомыми, затем хищных и плодоядных. В свою очередь и у покрытосеменных постепенно возникали в процессе эволюции бесчисленные приспособительные изменения формы, химизма и функций в связи со сложными и разнообразными взаимоотношениями их с животным миром.

20. В настоящее время покрытосеменные распространены повсюду почти до крайних пределов растительности и определяют характер ландшафтов везде, кроме хвойных лесов, торфяных болот и некоторых типов тундр.

21. Цветковые растения распространены по всему миру, от Арктики до Антарктики. В основе их систематики лежит строение цветка и соцветия, пыльцевых зёрен, семени, анатомия ксилемы и флоэмы. Цветковые растения являются одним из ключевых компонентов биосферы: они производят органические вещества, связывают углекислоту и выделяют в атмосферу молекулярный кислород, с них начинаются большинство пастбищных цепей питания. Многие цветковые растения используются человеком для приготовления пищи, строительства жилища, изготовления различных хозяйственных материалов, в медицинских целях.

22. В жизни и хозяйственной деятельности человека роль покрытосеменных неизмеримо больше, чем остальных групп растений.

23. Пища, одежда, фураж для скота, ароматические, наркотические, лекарственные, дубильные вещества, каучук и гуттаперча, пробка и многое другое получается из покрытосеменных; материал для жилищ, топливо поделочные материалы, бумага тоже в значительной степени поставляются покрытосеменными.

24. Представители отдела покрытосеменных господствуют на большей части суши нашей планеты и играют решающую роль в формировании растительного покрова. Они создают основную часть наземной фитомассы и в конечном счете определяют возможность существования человека как биологического вида.

37. Признаки царства Животные. Классификация и таксономия животных.

характерные признаки животных отличающих их от растений.  1. В клетках животных нет хлоропластов с хлорофиллом.  2. Животные по типу питания гетеротрофы.  3. Животные способны к активному передвижению.  4. Регуляция процессов обмена веществ осуществляется с помощью систем органов.  5. У животных ограниченный рост, а растения растут всю жизнь.  6. У животных четкая симметрия тела. У активных – двусторонняя, у мало подвижных лучевая.

Наука о классификации животных называется систематика или таксономия. Эта наука определяет родственные связи между организмами. Эта наука определяет родственные связи между организмами. Степень родства далеко не всегда определяется внешним сходством. Например, сумчатые мыши очень похожи на обыкновенных мышей, а тупайи – на белок. Однако эти животные относятся к разным отрядам. А вот броненосцы, муравьеды и ленивцы, совершенно непохожие друг на друга, объединены в один отряд. Дело в том, что родственные связи между животными определяются их происхождением. Исследуя строение скелета и зубную систему животных, ученые определяют, какие звери наиболее близки друг другу, а палеонтологические находки древних вымерших видов животных помогают установить более точно родственные связи между их потомками. Большую роль в систематике животных играет генетика – наука о законах наследственности.

     Первые млекопитающие появились на Земле около 200 млн. лет назад, отделившись от зверообразных рептилий. Исторический путь развития животного мира называется эволюцией. В ходе Эволюции происходил естественный отбор – выживали только те животные, которые сумели приспособиться к условиям окружающей среды. Млекопитающие развивались в разных направлениях, образуя множество видов. Случалось так, что животные, имеющие общего предка, на каком-то этапе стали жить в разных условиях и приобрели разные навыки в борьбе за выживание. Преобразовывался их внешний облик, из поколения в поколение закреплялись полезные для выживания вида изменения. Животные, предки которых относительно недавно выглядели одинаково, стали со временем сильно отличаться друг от друга. И наоборот, виды, имевшие разных предков и прошедшие разный эволюционный путь, иногда попадают в одинаковые условия и, меняясь, становятся похожими. Так неродственные между собой виды приобретают общие черты, и лишь науке под силу проследить их историю.

38. Филогенез и приспособительные признаки в ряду беспозвоночных животных

39. Филогенез и приспособительные признаки в ряду позвоночных животных

40. Морфологические признаки царства Грибы. Сходство грибов с растениями и животными.

Грибы относятся к царству Fungi (Mycetes, Mycota). Это мно­гоклеточные или одноклеточные нефотосинтезирующие (бесхлорофилльные) эукариотические микроорганизмы с клеточной стенкой.  Грибы имеют ядро с ядерной оболочкой, цитоплазму с органеллами, цитоплазматическую мембрану и многослойную, ригидную клеточную стенку, состоящую из нескольких типов полисахаридов, а также белка, липидов и др. Некоторые грибы образуют капсу­лу. Цитоплазматическая мембрана содержит гликопротеины, фосфолипиды и эргостеролы. Грибы являются грамположительными микробами, вегетативные клетки — не­кислотоустойчивые. Грибы состоят из длинных тонких нитей (гиф), спле­тающихся в грибницу, или мицелий. Гифы низших грибов — фикомицетов — не имеют перегородок. У высших грибов — эумицетов — гифы разделены перегородками; их мицелий многокле­точный. Различают гифальные и дрожжевые формы грибов. Гифальные (плесневые) грибы образуют ветвящиеся тонкие нити (гифы), сплетающиеся в грибницу, или мицелий (плесень). Гифы, врастающие в питательный субстрат, называются вегетатив­ными гифами (отвечают за питание гриба), а растущие над поверхностью субстрата — воздушными или репродуктив­ными гифами (отвечают за бесполое размножение). Гифы низших грибов не имеют перегородок. Они пред­ставлены многоядерными клетками и называются ценоцитными. Гифы высших грибов разделены перегородками, или сеп­тами с отверстиями. Дрожжевые грибы (дрожжи), в основном, имеют вид от­дельных овальных клеток (одноклеточные грибы). По типу полового размножения они распределены среди высших грибов — аскомицет и базидиомицет. При бесполом размно­жении дрожжи образуют почки или делятся, что приводит к одноклеточному росту. Могут образовывать псевдогифы и ложный мицелий (псевдомицелий) в виде цепочек удлинен­ных клеток — «сарделек». Грибы, аналогичные дрожжам, но не имеющие полового способа размножения, называют дрожжеподобными. Они размножаются только бесполым способом — почкованием или делением.  Грибы размножаются спорами половым и бесполым спосо­бами, а также вегетативным путем (почкование или фрагмента­ция гиф). Грибы, размножающиеся половым и бесполым путем, относятся к совершенным. Несовершенными называют грибы, у которых отсутствует или еще не описан половой путь размно­жения. Бесполое размножение осуществляется у грибов с помощью эндогенных спор, созревающих внутри круглой структуры — спорангия, и экзогенных спор — конидий, форми­рующихся на кончиках плодоносящих гиф. Типы грибов. Выделяют 3 типа грибов, имеющих половой способ размножения (так называ­емые совершенные грибы): зигомицеты (Zygomycota), аскомицеты (Ascomycota) и базидиомицеты (Basidiomycota). Отдельно выделяют условный, формальный тип/группу грибов — дейтеромицеты (Deiteromycota), у которых имеется только бесполый способ размножения (так называемые несовершенные грибы).

Наряду с этими специфическими особенностями грибы имеют признаки сходства и с животными, и с растениями.

С животными их объединяет прежде всего гетеротрофность, грибы играют огромную роль в разложении отмерших органических остатков. Как и у животных, один из продуктов обмена веществ у грибов - мочевина, а основное вещество запаса - гликоген, а не крахмал, как у растений.

Сходство с растениями состоит в наличии у грибов углеводной оболочки, однако ее скелетные компоненты чаще всего представлены не целлюлозой, а хитином.

Вегетативное тело гриба, как и растение, неподвижно, только специализированные клетки - зооспоры и гаметы - движутся с помощью жгутиков. Грибы способны к неограниченному росту и ветвлению, что приводит к увеличению общей поверхности. Это очень важно, так как питание грибов, как и растений, происходит путем абсорбции веществ.

 

41. Особенности метаболизма и размножение грибов.

Весь метабозизм состоит из двух фаз: катаболизма-разложения питательных веществ на составляющие и анабозизма-создания из полученных простых веществ новых, сложных молекул.

Эти процессы тесно связаны между собой и ошибкой будет заключение, что если ускорить процессы катаболизма и замедлить анаболизм, особенности метаболизма изменятся.

Дело в том, что катаболизм (процесс разрушения) не отличается особой разборчивостью. То есть вместе с ненависными жирами будут разрушаться необходимые для поддержания веса в норме, мышечные ткани. Именно поэтому всем худеющим необходимо найти свой индивидуальный баланс особенностей метаболизма.

Есть еще одна особенность метаболизма, это наследственность

Грибы размножаются вегетативным, бесполым и половым путем.

При вегетативном размножении от мицелия отделяются неспециализированные его части, например обрывки гиф, и дают начало новому мицелию.

Бесполое размножение происходит при помощи специализированных клеток или многоклеточных структур — спор, которые прорастают в мицелий. Такие споры образуются на мицелии эндогенно, внутри особых вместилищ — спорангиев, или экзогенно, на поверхности специализированных веточек мицелия — конидиеносцах. Эндогенные споры грибов могут быть двух типов. Зооспоры — голые подвижные клетки, снабженные жгутиками. Они формируются внутри зооспорангиев. Спорангиоспоры — неподвижные споры, одетые оболочкой. Экзогенные споры всегда неподвижны, покрыты оболочкой. Их называют конидиями.

Половое размножение происходит у всех групп грибов, кроме дейтеромицетов, называемых поэтому также несовершенными грибами (Deuteromycetes, или Fungi imperfecti). Формы полового процесса у грибов очень разнообразны. Их можно разделить на три большие группы: гаметогамия, соматогамия и гаметангиогамия.

Гаметогамия — слияние специальных половых клеток (гамет), образующихся в гаметангиях. Основные типы гаметогамии — изогамия (слияние не различающихся по размерам и морфологии гамет), гетерогамия (слияние подвижных гамет, различающихся по размерам), оогамия (слияние крупной неподвижной яйцеклетки с мелким подвижным сперматозоидом или антеридием — мужским половым органом, не дифференцированным на гаметы).

Соматогамия — это слияние обычных вегетативных клеток мицелия. Она встречается у многих грибов, например у базидиомицетов, и некоторых других. Простейший случай соматогамии — хологамия (слияние двух одноклеточных организмов), встречающаяся у некоторых дрожжеподобных грибов.

Гаметангиогамия — слияние двух специализированных половых структур (гаметангиев), не дифференцированных на гаметы. Этот тип полового процесса распространен у зигомицетов и аскомицетов.

После оплодотворения образуется зигота, прорастающая либо после некоторого периода покоя, либо непосредственно после образования. У аскомицетов и базидиомицетов при образовании зиготы сливается только цитоплазма клеток, а их ядра располагаются попарно, образуя так называемые дикарионы (дикариотический мицелий — у базидиомицетов или аскогенные гифы — уаскомицетов). На развивающихся из зиготы гифах образуются органы полового размножения: сумки (аски) у аскомицетов и базидии — убазидиомицетов. Сумки и базидии — микроскопически мелкие структуры, размеры которых не превышают нескольких микрон и могут быть видимы только с помощью микроскопа.

Сумки (аски) представляют собой округлые, булавовидные или цилиндрические клетки, внутри которых образуются споры, называемые аскоспорами.

Базидиями называются клетки цилиндрической или булавовидной формы или структуры, состоящие из двух-четырех клеток. На их поверхности на тонких ножках, называемых стеригмами, экзогенно образуются споры (базидиоспоры).

Сумки и базидии часто образуются не на мицелии, а на специальных плодовых телах разнообразного строения.

42. Морфологические признаки и особенности размножения лишайников

Постоянный компонент лишайников - водоpосли (сине-зелёные, жёлто-зелёные или зелёные). Обычно каждому виду лишайника соответствует свой вид водоpосли.

По строению тела (слоевища) различают накипные (коpковые), листоватые и кустистые лишайники. Вегетативное тело накипных лишайников наиболее пpимитивно, оно бывает зеpнистым, пористым или в виде коpочек. Более pазвиты листоватые лишайники, имеющие вид более или менее pассечённых пластинок. Высоко оpганизованы кустистые лишайники, имеющие вид кустиков, свисающих нитей или пpямостоящих выpостов.

http://www.ebio.ru/images/03020402.jpg

Корковые (слева), листоватые (в центре) и кустистые (справа) лишайники

Большинство лишайников состоят из образованной гифами плотной коры, в которой имеются необходимые для дыхания поры. Кора позволяет всасывать влагу из воздуха и защищает лишайник от переохлаждения или перегрева. Под корой гифы более рыхлые, между ними располагаются клетки водоросли. Обычно клетки фотобионта сконцентрированы по периферии - ближе к свету - образуя фотосинтезирующий слой. По анатомическому стpоению pазличают лишайники гомеомеpные (в котоpых водоpосли pаспpеделены более или менее pавномеpно по всему телу) и гетеpомеpные (водоpосли находятся только под слоем коры). Некоторые лишайники симбиотируют также с бактериями, за счёт чего получают азот прямо из воздуха, или паразитируют на мхах и других лишайниках.

Pазмножение лишайников осуществляется половым и бесполым (вегетативным) способами. В pезультате полового пpоцесса обpазуются споpы гpиба лишайника, котоpые pазвиваются в закpытых плодовых телах - пеpитециях, имеющих узкое выводное отвеpстие ввеpху, или в апотециях, шиpоко откpытых к низу. Пpоpосшие споpы, встpетив соответствующую своему виду водоpосль, обpазуют с ней новое слоевище.

Вегетативное pазмножение заключается в pегенеpации слоевища из небольших его участков (обломков, веточек). У многих лишайников есть специальные выросты - изидии, которые легко отламываются и дают начало новому слоевищу. В других лишайниках образуются крошечные гранулы (соредии), в которых клетки водоросли окружены плотным скоплением гиф; эти гранулы легко разносятся ветром.

Лишайники растут на почве (эпигейные), камнях (эпилитные) или древесных стволах (эпифитные), получая необходимую для жизни влагу из атмосферы. Некоторые виды обитают на морской литорали. Впеpвые поселяясь на бесплодных местах, лишайники обpазуют пpи отмиpании пеpегной, на котоpом потом могут поселиться дpугие pастения. Лишайники обнаружены даже в бесплодных арктических пустынях и внутри антарктических горных пород. Лишайники распространены по всему миру, но особенно разнообразны в тропиках, высокогорьях и в тундре. А вот в лабораториях лишайники достаточно быстро погибают. И только в 1980 году американские ученые сумели «соединить» водоросль и гриб, выращенный из споры.

Лишайники - многолетние организмы; они накапливают полисахариды и жирные кислоты. Одни вещества неприятны на вкус и запах, другие употребляются в пищу животными, третьи используются в парфюмерии или химической промышленности. Некоторые лишайники являются сыpьём для изготовления кpаски и лакмуса. Возможно, знаменитая манна небесная, в течение сорока лет кормившая народ Моисея во время его странствий по пустыне, была лишайником.

Лишайники - это организмы-биоиндикаторы; они растут только в экологически чистых местах, поэтому их не встретишь в больших городах и промышленных зонах.

Слоевище лишайников очень разнообразно по окраске, размерам, форме и строению. Лишайники окрашены в самые различные цвета: белый, розовый, ярко-желтый, оранжевый, оранжево-красный, серый, голубовато-серый, серовато-зеленый, желтовато-зеленый, оливково-коричневый, коричневый, черный и некоторые другие.

43. Отличие прокариотических клеток от эукариотических

 Эукариоты в основном многоклеточные организмы, размножающиеся посредством митоза и мейоза. Прокариоты – одноклеточные, размножаются делением надвое.

 ДНК прокариот свободно находится в цитоплазме и имеет форму кольца. У эукариот имеется ядро, где и расположена линейная ДНК.

 Размеры эукариотической клетки значительно превышают размеры прокариотической, при этом эукариоты характеризуются наличием фагоцитоза, который способствует достаточному питанию клетки.

44. Метаболизм. Взаимосвязь процессов ассимиляции и диссимиляции.

Метаболи́зм (от греч. μεταβολή — «превращение, изменение»), или обмен веществ — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды. Метаболизм обычно делят на две стадии: в ходе катаболизма сложные органические вещества деградируют до более простых; в процессах анаболизма с затратами энергии синтезируются такие вещества, как белки, сахара, липиды и нуклеиновые кислоты.

Обмен веществ происходит между клетками организма и межклеточной жидкостью, постоянство состава которой поддерживается кровообращением: за время прохождения крови в капиллярах через проницаемые стенки капилляров плазма крови 40 раз полностью обновляется с интерстициальной жидкостью. Серии химических реакций обмена веществ называют метаболическими путями, в них при участии ферментов одни биологически значимые молекулы последовательно превращаются в другие. Ферменты играют важную роль в метаболических процессах потому, что:

• действуют как биологические катализаторы и снижают энергию активации химической реакции;

• позволяют регулировать метаболические пути в ответ на изменения среды клетки или сигналы от других клеток.

Особенности метаболизма влияют на то, будет ли пригодна определенная молекула для использования организмом в качестве источника энергии. Так, например, некоторые прокариоты используют сероводород в качестве источника энергии, однако этот газ ядовит для животных.^[1] Скорость обмена веществ также влияет на количество пищи, необходимой для организма.