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A. A. Kamensky, E. A. Kriksunov, V. V. Pasechnik
Biologie. Allgemeine Biologie. 10-11 Klassen

Einführung

Sie beginnen das Studium im Schulfach "Allgemeine Biologie". Dies ist der bedingte Name eines Teils des Schulbiologiekurses, dessen Aufgabe es ist, die allgemeinen Eigenschaften von Lebewesen, die Gesetze ihrer Existenz und Entwicklung zu untersuchen. Als Spiegel der lebendigen Natur und des Menschen als Teil davon gewinnt die Biologie im wissenschaftlichen und technologischen Fortschritt zunehmend an Bedeutung und wird zur Produktivkraft. Die Biologie schafft eine neue Technologie – die biologische, die zur Grundlage einer neuen Industriegesellschaft werden soll. Biologisches Wissen sollte zur Bildung des biologischen Denkens und der ökologischen Kultur in jedem Mitglied der Gesellschaft beitragen, ohne die die Weiterentwicklung der menschlichen Zivilisation unmöglich ist.

§ 1. Kurze Entwicklungsgeschichte der Biologie

1. Was studiert Biologie?

2. Welche Biowissenschaften kennen Sie?

3. Welche Biologen kennen Sie?

Biologie als Wissenschaft. Sie wissen genau, dass die Biologie die Wissenschaft vom Leben ist. Gegenwärtig repräsentiert sie die Gesamtheit der Wissenschaften der lebendigen Natur. Die Biologie untersucht alle Erscheinungsformen des Lebens: die Struktur, Funktionen, Entwicklung und Entstehung lebender Organismen, ihre Beziehungen in natürlichen Gemeinschaften mit der Umwelt und mit anderen lebenden Organismen.

Seit der Mensch begann, seinen Unterschied zur Tierwelt zu erkennen, begann er, die Welt um sich herum zu studieren. Zunächst hing sein Leben davon ab. Primitive Menschen mussten wissen, welche lebenden Organismen gegessen, als Medizin, zur Herstellung von Kleidung und Behausungen verwendet werden können und welche von ihnen giftig oder gefährlich sind.

Mit der Entwicklung der Zivilisation konnte sich eine Person solch einen Luxus leisten, Wissenschaft zu Bildungszwecken zu betreiben.

Studien zur Kultur der alten Völker haben gezeigt, dass sie über ein umfangreiches Wissen über Pflanzen und Tiere verfügten und dieses im täglichen Leben weit verbreiteten.

Die moderne Biologie ist eine komplexe Wissenschaft, die durch die Durchdringung von Ideen und Methoden verschiedener biologischer Disziplinen sowie anderer Wissenschaften – vor allem Physik, Chemie und Mathematik – gekennzeichnet ist.

Die Hauptentwicklungsrichtungen der modernen Biologie. Derzeit können drei Richtungen in der Biologie bedingt unterschieden werden.

Erstens dies klassische Biologie. Es wird von Naturwissenschaftlern vertreten, die die Vielfalt der Tierwelt erforschen. Sie beobachten und analysieren objektiv alles, was in Wildtieren passiert, studieren Lebewesen und ordnen sie ein. Es ist falsch zu glauben, dass in der klassischen Biologie bereits alle Entdeckungen gemacht wurden. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts. Es wurden nicht nur viele neue Arten beschrieben, sondern auch große Taxa entdeckt, bis hin zu Königreichen (Pogonophoren) und sogar Superkönigreichen (Archaebacteria oder Archaea). Diese Entdeckungen zwangen die Wissenschaftler, einen neuen Blick auf die gesamte Entwicklungsgeschichte der Tierwelt zu werfen. Für echte Naturwissenschaftler ist die Natur ein Wert an sich. Jeder Winkel unseres Planeten ist für sie einzigartig. Deshalb gehören sie immer zu denen, die die Gefahr für die Natur um uns herum akut spüren und sich aktiv dafür einsetzen.

Die zweite Richtung ist Evolutionsbiologie. Im 19. Jahrhundert Autor der Theorie der natürlichen Auslese Charles Darwin begann als gewöhnlicher Naturforscher: Er sammelte, beobachtete, beschrieb, reiste und enthüllte die Geheimnisse der Tierwelt. Das Hauptergebnis seiner Arbeit, die ihn zu einem berühmten Wissenschaftler machte, war jedoch eine Theorie zur Erklärung der organischen Vielfalt.

Derzeit wird die Untersuchung der Evolution lebender Organismen aktiv fortgesetzt. Die Synthese von Genetik und Evolutionstheorie führte zur Schaffung der sogenannten Synthetische Evolutionstheorie. Aber auch jetzt gibt es noch viele ungelöste Fragen, auf die Evolutionswissenschaftler nach Antworten suchen.

Entstanden zu Beginn des 20. Jahrhunderts. unser hervorragender Biologe Alexander Iwanowitsch Oparin Die erste wissenschaftliche Theorie über die Entstehung des Lebens war rein theoretisch. Derzeit werden experimentelle Studien zu diesem Problem aktiv durchgeführt, und dank der Verwendung fortschrittlicher physikalisch-chemischer Methoden wurden bereits wichtige Entdeckungen gemacht und neue interessante Ergebnisse können erwartet werden.

Charles Darwin (1809–1882)

Alexander Iwanowitsch Oparin (1894–1980)

Neue Entdeckungen ermöglichten es, die Theorie der Anthropogenese zu ergänzen. Doch der Übergang von der Tierwelt zum Menschen bleibt eines der größten Rätsel der Biologie.

Dritte Richtung - physikalische und chemische Biologie, Studium der Struktur lebender Objekte mit modernen physikalischen und chemischen Methoden. Dies ist ein sich schnell entwickelndes Gebiet der Biologie, das sowohl in theoretischer als auch in praktischer Hinsicht wichtig ist. Wir können mit Zuversicht sagen, dass uns neue Entdeckungen in der physikalischen und chemischen Biologie erwarten, die es uns ermöglichen werden, viele Probleme der Menschheit zu lösen.

Die Entwicklung der Biologie als Wissenschaft. Die moderne Biologie wurzelt in der Antike und ist mit der Entwicklung der Zivilisation in den Mittelmeerländern verbunden. Wir kennen die Namen vieler herausragender Wissenschaftler, die zur Entwicklung der Biologie beigetragen haben. Nennen wir nur einige davon.

Hippokrates(460 - ca. 370 v. Chr.) gab die erste relativ detaillierte Beschreibung der Struktur von Mensch und Tier, wies auf die Rolle der Umwelt und der Vererbung bei der Entstehung von Krankheiten hin. Er gilt als Begründer der Medizin.

Aristoteles(384-322 v. Chr.) teilte die umgebende Welt in vier Reiche ein: die unbelebte Welt der Erde, des Wassers und der Luft; Pflanzenwelt; die Tierwelt und die Menschenwelt. Er beschrieb viele Tiere, legte den Grundstein für die Taxonomie. Die vier von ihm verfassten biologischen Abhandlungen enthielten fast alle damals bekannten Informationen über Tiere. Die Verdienste von Aristoteles sind so groß, dass er als Begründer der Zoologie gilt.

Theophrast(372–287 v. Chr.) studierte Pflanzen. Er beschrieb mehr als 500 Pflanzenarten, gab Auskunft über den Aufbau und die Fortpflanzung vieler von ihnen, verwendete viele botanische Begriffe. Er gilt als Begründer der Botanik.

Gaius Plinius der Ältere(23-79) sammelte Informationen über damals bekannte Lebewesen und verfasste 37 Bände der Enzyklopädie „Natural History“. Fast bis ins Mittelalter war diese Enzyklopädie die Hauptquelle des Wissens über die Natur.

Claudius Gallen In seiner wissenschaftlichen Forschung verwendete er häufig Sektionen von Säugetieren. Er war der erste, der eine vergleichende anatomische Beschreibung von Mensch und Affe machte. Studium des zentralen und peripheren Nervensystems. Wissenschaftshistoriker halten ihn für den letzten großen Biologen der Antike.

Im Mittelalter war die Religion die dominierende Ideologie. Wie andere Wissenschaften hatte sich die Biologie in dieser Zeit noch nicht als eigenständiges Gebiet herausgebildet und existierte im allgemeinen Mainstream religiöser und philosophischer Ansichten. Und obwohl die Akkumulation von Wissen über Lebewesen weiterging, kann man damals nur bedingt von Biologie als Wissenschaft sprechen.

Die Renaissance ist eine Übergangszeit von der Kultur des Mittelalters zur Kultur der Neuzeit. Die grundlegenden sozioökonomischen Transformationen dieser Zeit wurden von neuen Entdeckungen in der Wissenschaft begleitet.

Der berühmteste Wissenschaftler dieser Ära Leonardo da Vinci(1452–1519) einen gewissen Beitrag zur Entwicklung der Biologie geleistet.

Er studierte den Flug der Vögel, beschrieb viele Pflanzen, Verbindungswege der Knochen in den Gelenken, die Tätigkeit des Herzens und die Sehfunktion des Auges, die Ähnlichkeit der Knochen von Mensch und Tier.

In der zweiten Hälfte des XV Jahrhunderts. Naturwissenschaften beginnen sich rasant zu entwickeln. Dies wurde durch geografische Entdeckungen erleichtert, die es ermöglichten, die Informationen über Tiere und Pflanzen erheblich zu erweitern. Die rasche Anhäufung wissenschaftlicher Erkenntnisse über lebende Organismen führte zur Aufteilung der Biologie in getrennte Wissenschaften.

In den XVI-XVII Jahrhunderten. Botanik und Zoologie begannen sich schnell zu entwickeln.

Die Erfindung des Mikroskops (frühes 17. Jahrhundert) ermöglichte die Untersuchung des mikroskopischen Aufbaus von Pflanzen und Tieren. Mikroskopisch kleine lebende Organismen, Bakterien und Protozoen, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind, wurden entdeckt.

leistete einen großen Beitrag zur Entwicklung der Biologie Carl von Linné, schlug ein Klassifikationssystem für Tiere und Pflanzen vor.

Karl Maksimowitsch Bär(1792-1876) formulierte in seinen Werken die Hauptbestimmungen der Theorie der homologen Organe und des Gesetzes der Keimähnlichkeit, die die wissenschaftlichen Grundlagen der Embryologie legten.

Claudius Galen (ca. 130 - ca. 200)

Carl von Linné (1707–1778)

1808 in der Arbeit "Philosophie der Zoologie" Jean-Baptiste Lamarck warf die Frage nach den Ursachen und Mechanismen evolutionärer Transformationen auf und skizzierte erstmals die Evolutionstheorie.

Eine große Rolle in der Entwicklung der Biologie spielte die Zelltheorie, die die Einheit der belebten Welt wissenschaftlich bestätigte und als eine der Voraussetzungen für die Entstehung der Evolutionstheorie diente. Charles Darwin. Die Autoren der Zelltheorie gelten als Zoologen Theodor Schwan(1818–1882) und Botanik Matthias Jakob Schleiden (1804–1881).

Auf der Grundlage zahlreicher Beobachtungen veröffentlichte Charles Darwin 1859 sein Hauptwerk „On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favored Breeds in the Struggle for Life“, in dem er die wesentlichen Bestimmungen der Theorie formulierte der Evolution, schlugen die Mechanismen der Evolution und Wege der evolutionären Transformation von Organismen vor.

Im 19. Jahrhundert dank der Arbeit Louis Pasteur (1822–1895), Robert Koch (1843–1910), Ilja Iljitsch Mechnikov Die Mikrobiologie entstand als eigenständige Wissenschaft.

Das 20. Jahrhundert begann mit der Wiederentdeckung der Gesetze Gregor Mendel, die den Beginn der Entwicklung der Genetik als Wissenschaft markierte.

In den 40-50er Jahren des 20. Jahrhunderts. In der Biologie wurden die Ideen und Methoden der Physik, Chemie, Mathematik, Kybernetik und anderer Wissenschaften weit verbreitet, und Mikroorganismen wurden als Studienobjekte verwendet. Infolgedessen entstanden und entwickelten sich schnell als unabhängige Wissenschaften Biophysik, Biochemie, Molekularbiologie, Strahlenbiologie, Bionik usw. Die Weltraumforschung trug zur Geburt und Entwicklung der Weltraumbiologie bei.

Jean-Baptiste Lamarck (1774–1829)

Ilja Iljitsch Mechnikov (1845–1916)

Im XX Jahrhundert. die Richtung der angewandten Forschung - Biotechnologie. Dieser Trend wird sich im 21. Jahrhundert zweifellos rasant entwickeln. Mehr über diese Entwicklungsrichtung der Biologie erfahren Sie beim Studium des Kapitels "Grundlagen der Züchtung und Biotechnologie".

Derzeit wird biologisches Wissen in allen Bereichen der menschlichen Tätigkeit genutzt: in Industrie und Landwirtschaft, Medizin und Energie.

Ökologische Forschung ist extrem wichtig. Wir begannen endlich zu erkennen, dass das zerbrechliche Gleichgewicht, das auf unserem kleinen Planeten existiert, leicht zu zerstören ist. Die Menschheit steht vor einer gewaltigen Aufgabe - der Erhaltung der Biosphäre, um die Bedingungen für die Existenz und Entwicklung der Zivilisation aufrechtzuerhalten. Es ist unmöglich, es ohne biologisches Wissen und spezielle Studien zu lösen. So ist die Biologie heute zu einer echten Produktivkraft und einer rationalen wissenschaftlichen Grundlage für die Beziehung zwischen Mensch und Natur geworden.

Gregor Mendel (1822–1884)

klassische Biologie. Evolutionsbiologie. Physikalische und chemische Biologie.

1. Welche Richtungen in der Entwicklung der Biologie können Sie herausgreifen?

2. Welche großen Wissenschaftler der Antike leisteten einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung des biologischen Wissens?

3. Warum konnte im Mittelalter nur bedingt von Biologie als Wissenschaft gesprochen werden?

4. Warum gilt die moderne Biologie als komplexe Wissenschaft?

5. Welche Rolle spielt die Biologie in der modernen Gesellschaft?

Bereiten Sie eine Nachricht zu einem der folgenden Themen vor:

1. Die Rolle der Biologie in der modernen Gesellschaft.

2. Die Rolle der Biologie in der Weltraumforschung.

3. Die Rolle der biologischen Forschung in der modernen Medizin.

4. Die Rolle hervorragender Biologen - unserer Landsleute in der Entwicklung der Weltbiologie.

Wie sehr sich die Ansichten der Wissenschaftler über die Vielfalt der Lebewesen verändert haben, lässt sich am Beispiel der Einteilung der Lebewesen in Reiche zeigen.

In den 40er Jahren des 20. Jahrhunderts wurden alle lebenden Organismen in zwei Königreiche unterteilt: Pflanzen und Tiere. Zum Pflanzenreich gehörten auch Bakterien und Pilze. Später führte eine genauere Untersuchung der Organismen zur Einteilung in vier Königreiche: Prokaryoten (Bakterien), Pilze, Pflanzen und Tiere. Dieses System ist in der Schulbiologie gegeben.

1959 wurde vorgeschlagen, die Welt der lebenden Organismen in fünf Königreiche zu unterteilen: Prokaryoten, Protisten (Protozoen), Pilze, Pflanzen und Tiere.

Dieses System wird häufig in der biologischen (insbesondere übersetzten) Literatur angegeben.

Andere Systeme wurden entwickelt und werden weiter entwickelt, darunter 20 oder mehr Königreiche. Beispielsweise wird vorgeschlagen, drei Superreiche zu unterscheiden: Prokaryoten, Archaea (Archaebakterien) und Eukaryoten. Jedes Königreich umfasst mehrere Königreiche.

§ 2. Forschungsmethoden in der Biologie

1. Wie unterscheidet sich Wissenschaft von Religion und Kunst?

2. Was ist das Hauptziel der Wissenschaft?

3. Welche Forschungsmethoden der Biologie kennen Sie?

Wissenschaft als Bereich menschlichen Handelns. Die Wissenschaft ist eine der Sphären der menschlichen Tätigkeit, deren Zweck das Studium und die Kenntnis der umgebenden Welt ist. Für wissenschaftliche Erkenntnisse ist es notwendig, bestimmte Studiengegenstände, Probleme und Methoden für ihr Studium auszuwählen. Jede Wissenschaft hat ihre eigenen Forschungsmethoden. Doch egal welche Methoden angewandt werden, für jeden Wissenschaftler bleibt der Grundsatz „Nimm nichts für selbstverständlich“ immer das Wichtigste. Die Hauptaufgabe der Wissenschaft besteht darin, ein System zuverlässigen Wissens aufzubauen, das auf Fakten und Verallgemeinerungen basiert, die bestätigt oder widerlegt werden können. Wissenschaftliche Erkenntnisse werden ständig hinterfragt und nur mit hinreichender Evidenz akzeptiert. wissenschaftliche Tatsache (griechisch factum - getan) ist nur das, was reproduziert und bestätigt werden kann.

wissenschaftliche Methode (Griechisch methodos - der Weg der Forschung) ist eine Reihe von Techniken und Operationen, die beim Aufbau eines Systems wissenschaftlicher Erkenntnis verwendet werden.

Die gesamte Entwicklungsgeschichte der Biologie weist deutlich darauf hin, dass sie von der Entwicklung und Anwendung neuer Forschungsmethoden bestimmt wurde. Die wichtigsten Forschungsmethoden in den biologischen Wissenschaften sind beschreibend, vergleichend, historisch und Experimental.

beschreibende Methode. Es wurde häufig von alten Wissenschaftlern verwendet, die sich mit der Sammlung von Faktenmaterial und seiner Beschreibung beschäftigten. Es basiert auf Beobachtung. Fast bis ins 18. Jahrhundert. Biologen beschäftigten sich hauptsächlich mit der Beschreibung von Tieren und Pflanzen und unternahmen Versuche, das angesammelte Material primär zu systematisieren. Aber die deskriptive Methode hat ihre Bedeutung bis heute nicht verloren. Es kommt beispielsweise bei der Entdeckung neuer Arten oder der Untersuchung von Zellen mit modernen Forschungsmethoden zum Einsatz.

Vergleichende Methode. Es ermöglichte die Identifizierung von Ähnlichkeiten und Unterschieden zwischen Organismen und ihren Teilen und wurde im 17. Jahrhundert eingesetzt. Die Verwendung der Vergleichsmethode ermöglichte es, die für die Systematisierung von Pflanzen und Tieren erforderlichen Daten zu erhalten. Im 19. Jahrhundert Es wurde bei der Entwicklung der Zelltheorie und der Begründung der Evolutionstheorie sowie bei der Umstrukturierung einer Reihe von biologischen Wissenschaften auf der Grundlage dieser Theorie verwendet. Heutzutage ist die vergleichende Methode auch in verschiedenen biologischen Wissenschaften weit verbreitet. Würden in der Biologie aber nur deskriptive und vergleichende Methoden angewandt, dann bliebe es im Rahmen der Erkenntniswissenschaft.

historische Methode. Diese Methode hilft, die gewonnenen Fakten zu verstehen und sie mit bereits bekannten Ergebnissen zu vergleichen. Es wurde in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts weit verbreitet. dank der Arbeiten von Charles Darwin, der mit seiner Hilfe die Erscheinungs- und Entwicklungsmuster von Organismen, die Bildung ihrer Strukturen und Funktionen in Zeit und Raum wissenschaftlich untermauerte. Die Anwendung der historischen Methode ermöglichte es, die Biologie von einer beschreibenden Wissenschaft in eine Wissenschaft zu verwandeln, die erklärt, wie vielfältige Lebenssysteme entstanden sind und wie sie funktionieren.

Experimentelle Methode. Mit dem Namen ist die Anwendung der experimentellen Methode in der Biologie verbunden William Harvey, der es in seiner Forschung zur Untersuchung des Blutkreislaufs verwendete. In der Biologie wurde es jedoch erst seit Beginn des 19. Jahrhunderts in großem Umfang eingesetzt, hauptsächlich zur Untersuchung physiologischer Prozesse. Die experimentelle Methode ermöglicht es, dieses oder jenes Phänomen des Lebens mit Hilfe von Erfahrungen zu studieren.

Einen großen Beitrag zur Anerkennung der experimentellen Methode in der Biologie leistete G. Mendel, der bei der Untersuchung der Vererbung und Variabilität von Organismen das Experiment als erster einsetzte, um nicht nur Daten zu den untersuchten Phänomenen zu erhalten, sondern auch zu testen die auf der Grundlage der erzielten Ergebnisse formulierte Hypothese. Die Arbeit von G. Mendel ist zu einem klassischen Beispiel für die Methodik der experimentellen Wissenschaft geworden.

William Harvey (1578–1657)

Im XX Jahrhundert. die experimentelle Methode wurde zur führenden in der Biologie. Möglich wurde dies durch das Aufkommen neuer Instrumente für die biologische Forschung (Elektronenmikroskop, Tomograph etc.) und die Nutzung physikalischer und chemischer Methoden in der Biologie.

Gegenwärtig werden verschiedene Arten der Mikroskopie in biologischen Experimenten weit verbreitet verwendet, darunter die elektronische Mikroskopie mit der Technik der Ultradünnschnitte, biochemische Methoden, verschiedene Methoden der Kultivierung und In-vivo-Beobachtung von Zellkulturen, Geweben und Organen, die Methode der markierten Atome, X -Strahlenbeugungsanalyse, Ultrazentrifugation, Chromatographie usw. Es ist kein Zufall, dass in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts. In der Biologie hat sich eine ganze Richtung entwickelt - die Schaffung neuester Instrumente und die Entwicklung von Forschungsmethoden.

Zunehmend in der biologischen Forschung eingesetzt Modellieren, die als höchste Form des Experimentierens gilt. So wird aktiv an der Computermodellierung der wichtigsten biologischen Prozesse, der Hauptentwicklungsrichtungen, der Entwicklung von Ökosystemen oder sogar der gesamten Biosphäre (zB bei globalen klimatischen oder technogenen Veränderungen) gearbeitet.

Die experimentelle Methode, kombiniert mit dem systemstrukturellen Ansatz, hat die Biologie radikal verändert, ihre kognitiven Fähigkeiten erweitert und neue Wege für die Nutzung biologischen Wissens in allen Bereichen des menschlichen Handelns eröffnet.

wissenschaftliche Tatsache. wissenschaftliche Methode. Forschungsmethoden: deskriptiv, vergleichend, historisch, experimentell.

1. Was ist das Hauptziel und die Hauptaufgabe der Wissenschaft?

2. Warum kann argumentiert werden, dass die Entwicklung der Biologie durch die Entwicklung und Anwendung neuer wissenschaftlicher Forschungsmethoden bestimmt wurde?

3. Welche Bedeutung hatten beschreibende und vergleichende Methoden für die Entwicklung der Biologie?

4. Was ist das Wesen der historischen Methode?

5. Warum hat sich die experimentelle Methode im 20. Jahrhundert am weitesten verbreitet?

Schlagen Sie Forschungsmethoden vor, die Sie verwenden werden, wenn Sie die anthropogenen Auswirkungen auf ein Ökosystem (Stausee, Wald, Park usw.) untersuchen.

Schlagen Sie einige Ihrer Optionen für die Entwicklung der Biologie im 21. Jahrhundert vor.

Welche Krankheiten werden Ihrer Meinung nach von der Menschheit mit den Methoden der Molekularbiologie, Immunologie, Genetik überhaupt besiegt?

Wissenschaftliche Forschung besteht in der Regel aus mehreren Stufen (Abb. 1). Basierend auf der Sammlung von Fakten wird ein Problem formuliert. Um es zu lösen, Hypothesen (Griechische Hypothese - Annahme). Jede Hypothese wird im Zuge der Gewinnung neuer Fakten experimentell überprüft. Widersprechen die gewonnenen Tatsachen der Hypothese, so wird diese verworfen. Wenn die Hypothese mit den Fakten übereinstimmt und es Ihnen erlaubt, korrekte Vorhersagen zu treffen, dann kann es werden Theorie (griechisch theoria - Forschung). Jedoch kann sogar eine wahre Theorie überarbeitet und verfeinert werden, wenn neue Fakten angehäuft werden. Ein gutes Beispiel ist die Evolutionstheorie.

Einige Theorien sollen einen Zusammenhang zwischen verschiedenen Phänomenen herstellen. Das Vorschriften und die Gesetze.

Es gibt Ausnahmen von den Regeln, aber Gesetze gelten immer. Beispielsweise gilt der Energieerhaltungssatz sowohl für die belebte als auch für die unbelebte Natur.

Reis. 1. Hauptphasen der wissenschaftlichen Forschung

§ 3. Wesen des Lebens und Eigenschaften des Lebendigen

1. Was ist Leben?

2. Was gilt als bauliche und funktionelle Einheit des Wohnens?

3. Welche Eigenschaften von Lebewesen kennst du?

Essenz des Lebens. Sie wissen bereits, dass Biologie die Wissenschaft vom Leben ist. Aber was ist Leben?

Die klassische Definition des deutschen Philosophen Friedrich Engels: „Das Leben ist eine Existenzweise von Eiweißkörpern, deren wesentliches Moment der ständige Austausch von Stoffen mit der sie umgebenden äußeren Natur ist, und mit der Beendigung dieses Stoffwechsels hört auch das Leben auf , die zum Abbau von Eiweiß führt“ - spiegelt den biologischen Wissensstand der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts wider

Im XX Jahrhundert. Es wurden zahlreiche Versuche unternommen, das Leben zu definieren, was die Vielfalt dieses Prozesses widerspiegelt.

Alle Definitionen enthielten die folgenden Postulate, die die Essenz des Lebens widerspiegeln:

– Leben ist eine besondere Form der Bewegung der Materie;

- Leben ist der Stoffwechsel und die Energie im Körper;

- Leben ist lebenswichtige Aktivität im Körper;

- Leben ist die Selbstreproduktion von Organismen, die durch die Übertragung genetischer Informationen von Generation zu Generation gewährleistet ist.

Leben ist eine höhere Bewegungsform der Materie als die physikalischen und chemischen Formen ihrer Existenz.

Im allgemeinsten Sinne ein Leben kann definiert werden als aktiv, einhergehend mit der Aufwendung von von außen aufgenommener Energie, Aufrechterhaltung und Selbstreproduktion spezifischer Strukturen, die aus Biopolymeren - Proteinen und Nukleinsäuren - bestehen.

Weder Nukleinsäuren noch isolierte Proteine ​​sind das Substrat des Lebens. Sie werden erst dann zum Substrat des Lebens, wenn sie sich in den Zellen befinden und dort funktionieren. Außerhalb der Zellen - das sind chemische Verbindungen.

Nach der Definition des russischen Biologen V. M. Volkenshtein sind "lebende Körper, die auf der Erde existieren, offene, sich selbst regulierende und sich selbst reproduzierende Systeme, die aus Biopolymeren - Proteinen und Nukleinsäuren - aufgebaut sind."

Eigenschaften der Lebenden. Lebewesen haben eine Reihe gemeinsamer Eigenschaften. Lassen Sie uns sie auflisten.

1. Die Einheit der chemischen Zusammensetzung. Lebewesen bestehen aus den gleichen chemischen Elementen wie unbelebte Objekte, aber bei Lebewesen fallen 90 % der Masse auf vier Elemente: C, O, N, H, die an der Bildung komplexer organischer Moleküle wie Proteine ​​beteiligt sind. Nukleinsäuren, Kohlenhydrate, Lipide.

2. Die Einheit der strukturellen Organisation. Die Zelle ist eine einzelne strukturelle und funktionelle Einheit sowie eine Entwicklungseinheit für fast alle lebenden Organismen auf der Erde. Viren sind eine Ausnahme, aber auch bei ihnen manifestieren sich die Eigenschaften eines Lebewesens nur, wenn sie sich in einer Zelle befinden. Außerhalb der Zelle gibt es kein Leben.

3. Offenheit. Alle lebenden Organismen sind offene Systeme d.h. Systeme, die nur unter der Bedingung einer kontinuierlichen Zufuhr von Energie und Stoffen aus der Umgebung stabil sind.

4. Stoffwechsel und Energie. Alle lebenden Organismen sind in der Lage, Stoffe mit der Umwelt auszutauschen. Der Stoffwechsel erfolgt als Ergebnis zweier miteinander verbundener Prozesse: der Synthese organischer Substanzen im Körper (aufgrund externer Energiequellen - Licht und Nahrung) und dem Prozess der Zersetzung komplexer organischer Substanzen unter Freisetzung von Energie, die dann verbraucht wird durch den Körper.

Der Stoffwechsel sichert die Konstanz der chemischen Zusammensetzung bei ständig wechselnden Umweltbedingungen.

5. Selbstreproduktion(Reproduktion). Die Fähigkeit zur Selbstreproduktion ist die wichtigste Eigenschaft aller lebenden Organismen. Es basiert auf Informationen über die Struktur und Funktionen eines lebenden Organismus, die in Nukleinsäuren eingebettet sind und die Spezifität der Struktur und des Lebens eines lebenden Organismus liefern.

6. Selbstregulierung. Jeder lebende Organismus ist ständig wechselnden Umweltbedingungen ausgesetzt. Gleichzeitig sind bestimmte Bedingungen für den Ablauf lebenswichtiger Prozesse in Zellen notwendig. Dank der Mechanismen der Selbstregulierung wird die relative Konstanz der inneren Umgebung des Körpers aufrechterhalten, d. H. Die Konstanz der chemischen Zusammensetzung und die Intensität des Ablaufs physiologischer Prozesse werden aufrechterhalten (mit anderen Worten, die Homöostase wird aufrechterhalten: vom griechischen homoios - derselbe und stasis - Zustand).

7. Entwicklung und Wachstum. Im Prozess der individuellen Entwicklung (Ontogenese) manifestieren sich die individuellen Eigenschaften des Organismus allmählich und konsequent und sein Wachstum wird durchgeführt. Außerdem entwickeln sich alle lebenden Systeme – sie verändern sich im Laufe der historischen Entwicklung (Phylogenese).

8. Reizbarkeit. Jeder lebende Organismus ist in der Lage, selektiv auf äußere und innere Einflüsse zu reagieren.

9. Vererbung und Variabilität. Die Kontinuität der Generationen wird durch Vererbung sichergestellt. Nachkommen sind keine Kopien ihrer Eltern wegen der Fähigkeit der Erbinformation, sich zu verändern - Variabilität.

Einige der oben aufgeführten Eigenschaften können auch der unbelebten Natur innewohnen. Beispielsweise können Kristalle in einer gesättigten Salzlösung „wachsen“. Dieses Wachstum hat jedoch nicht jene qualitativen und quantitativen Parameter, die dem Wachstum von Lebewesen innewohnen.

Auch eine brennende Kerze ist durch die Prozesse des Stoffwechsels und der Energieumwandlung geprägt, jedoch nicht zur Selbstregulierung und Selbstreproduktion fähig.

Daher sind alle oben genannten Eigenschaften in ihrer Aggregate charakteristisch nur für lebende Organismen.

Ein Leben. Offenes System.

1. Warum ist es sehr schwierig, den Begriff „Leben“ zu definieren?

2. Was ist der Unterschied zwischen der chemischen Organisation lebender Organismen und Objekten der unbelebten Natur?

3. Warum werden lebende Organismen offene Systeme genannt?

4. Was ist der grundlegende Unterschied zwischen Stoffwechselprozessen in lebenden Organismen und in der unbelebten Natur?

5. Welche Rolle spielen Variabilität und Vererbung bei der Entwicklung des Lebens auf unserem Planeten?

Vergleichen Sie das Wesen der Prozesse des Wachstums, der Fortpflanzung und des Stoffwechsels in der unbelebten Natur und in lebenden Organismen.

Nennen Sie Beispiele für Eigenschaften, die für einen lebenden Organismus charakteristisch sind und an unbelebten Objekten beobachtet werden können.

Organismus(lat. organizo - ich arrangiere) ist ein Individuum, ein Individuum (lat. individuus - unteilbar), das selbstständig mit seiner Umwelt interagiert. Der Begriff „Organismus“ ist einfach zu verstehen, aber kaum eindeutig zu definieren. Ein Organismus kann aus einer einzelnen Zelle bestehen und kann mehrzellig sein. Verschiedene koloniale Organismen können aus homogenen Organismen bestehen, wie Volvox, oder ein Komplex hoch differenzierter Individuen sein, die ein einziges Ganzes bilden, wie das portugiesische Kriegsschiff, ein koloniales Darmtier. Manchmal bilden sogar voneinander getrennte Individuen Gruppen, die sich in bestimmten individuellen Eigenschaften unterscheiden: Beispielsweise hat die Familie bei Bienen, wie bei anderen sozialen Insekten, eine Reihe von Eigenschaften des Organismus.

Zelle

In diesem Abschnitt ist es notwendig, das Konzept der "Zelle" zu definieren, um festzustellen, dass es mit einem Mikroskop entdeckt wurde und die Verbesserung der mikroskopischen Technologie es ermöglichte, die Vielfalt ihrer Formen, die Komplexität der Struktur der Zelle aufzudecken Kern, Prozess der Zellteilung usw. Nennen Sie andere Methoden zur Untersuchung von Zellen: differenzierte Zentrifugation, Elektronenmikroskopie, Autoradiographie, Phasenkontrastmikroskopie, Röntgenbeugungsanalyse; zu zeigen, worauf diese Methoden basierten und was sie mit ihrer Hilfe herausfinden konnten.

Das Hauptstrukturelement aller lebenden Organismen (Pflanzen und Tiere) ist die Zelle. Markieren Sie, wer zuerst formuliert hat Zelltheorie seine Position kennen. Die Hauptbestandteile einer Zelle sind: die äußere Zellmembran, das Zytoplasma und der Zellkern.

Teil biologische Membran umfasst Lipide, die die Grundlage der Membran bilden, und Proteine ​​mit hohem Molekulargewicht. Beachten Sie die Polarität von Lipidmolekülen und welche Position Proteine ​​​​in Bezug auf Lipide einnehmen können. Das moderne Modell der biologischen Membran hat den Namen "universelles Fluid-Mosaik-Modell" erhalten. Erweitern Sie dieses Konzept. Beschreiben Sie die Teile der Membran: den Supramembrankomplex, die Membran selbst und den Submembrankomplex. Erklären Sie die Funktionen einer biologischen Membran.

Eine der wichtigen Funktionen der Membran ist der Stofftransport von Zelle zu Zelle. Beschreiben Sie die Arten des Stofftransports durch die Membran: passiv und aktiv. Geben Sie an, dass der passive Transport umfasst: Osmose, Diffusion, Filtration. Definieren Sie diese Konzepte und geben Sie Beispiele für physiologische Prozesse im Körper, die durch passiven Transport durchgeführt werden. Der aktive Transport umfasst: die Übertragung von Substanzen unter Beteiligung von Trägerenzymen, Ionenpumpen. Den Mechanismus am Beispiel der Funktionsweise der Kalium-Natrium-Pumpe offenlegen. Es gibt auch eine aktive Aufnahme von Substanzen durch die Zellmembran: Phagozytose und Pinozytose. Definieren Sie diese Begriffe und nennen Sie Beispiele. Geben Sie den grundlegenden Unterschied zwischen aktivem Transport und passivem Transport an.

BEIM Zytoplasma unterscheiden zwischen Hyaloplasma oder Matrix - dies ist die innere Umgebung der Zelle. Beachten Sie, dass die äußere Schicht des Zytoplasmas oder Ektoplasmas eine höhere Dichte hat und frei von Granulat ist. Betonen Sie, dass sich Ektoplasma wie ein Kolloid verhält, das aus einem Gelzustand in ein Sol und umgekehrt übergehen kann. Erklären Sie diese Begriffe. Nennen Sie Beispiele für Prozesse, die in der Matrix ablaufen. Es enthält Organellen und Einschlüsse. Wissen, was Organellen sind. Ordnen Sie Organellen von allgemeiner und besonderer Bedeutung zu. Erstere umfassen: endoplasmatisches Retikulum; Lamellenkomplex, Mitochondrien, Ribosomen, Polysomen, Lysosomen, Zellzentrum, Mikrokörperchen, Mikrotubuli, Mikrofilamente. Beschreiben Sie die Struktur und Funktion dieser Organellen. Nennen Sie Beispiele für spezielle Organellen und geben Sie ihre Funktionen an. Definieren Sie das Konzept - Zelleinschlüsse, geben Sie die Arten von Einschlüssen an, geben Sie Beispiele.

Kern. Beachten Sie die Hauptfunktion des Kerns - die Speicherung von Erbinformationen. Die Bestandteile des Kerns sind die Kernmembran, das Nukleoplasma (Kernsaft), der Nukleolus (ein oder zwei), Chromatinklumpen (Chromosomen). Betonen Sie die Bedeutung der Kernmembran einer eukaryotischen Zelle - die Trennung von Erbmaterial (Chromosomen) vom Zytoplasma, in der verschiedene Stoffwechselreaktionen durchgeführt werden. Geben Sie an, aus wie vielen biologischen Membranen die Kernmembran besteht und welche Funktionen sie hat. Beachten Sie, dass die Basis des Nukleoplasmas Proteine ​​​​sind, einschließlich fibrillärer. Es enthält die für die Synthese von Nukleinsäuren und Ribosomen notwendigen Enzyme. Nukleolen sind instabile Strukturen des Zellkerns, sie verschwinden zu Beginn der Zellteilung und treten gegen deren Ende wieder auf. Geben Sie an, was in der Zusammensetzung der Nukleolen enthalten ist und welche Funktion sie haben.

Chromosomen. Geben Sie an, dass Chromosomen aus DNA bestehen, die von zwei Arten von Proteinen umgeben ist: Histon (basisch) und Nicht-Histon (sauer). Beachten Sie, dass Chromosomen in zwei strukturellen und funktionellen Zuständen vorliegen können: spiralisiert und entspiralisiert. Zu wissen, welcher dieser beiden Zustände des Chromosoms funktioniert und was er bedeutet. Geben Sie an, in welcher Lebensphase der Zellen die Chromosomen spiralisiert und unter dem Mikroskop deutlich sichtbar sind. Kennen Sie die Struktur des Chromosoms, die Arten von Chromosomen, die sich in der Position der primären Verengung unterscheiden.

Die Organismen der meisten Lebewesen haben eine zelluläre Struktur. Im Evolutionsprozess der organischen Welt wurde eine Zelle als elementares System ausgewählt, in dem die Manifestation aller Gesetze des Lebendigen möglich ist. Organismen mit einer zellulären Struktur werden in vornukleare Organismen ohne typischen Zellkern (oder Prokaryoten) und solche mit typischem Zellkern (oder Eukaryoten) unterteilt. Geben Sie an, welche Organismen Prokaryoten und welche Eukaryoten sind.

Um die Organisation eines biologischen Systems zu verstehen, ist es notwendig, die molekulare Zusammensetzung der Zelle zu kennen. Je nach Inhalt der Elemente, aus denen die Zelle besteht, werden sie in drei Gruppen eingeteilt: Makroelemente, Mikroelemente und Ultramikroelemente. Geben Sie Beispiele für die Elemente, aus denen jede Gruppe besteht, und charakterisieren Sie die Rolle der wichtigsten anorganischen Komponenten im Leben der Zelle. Die chemischen Bestandteile von Lebewesen werden in anorganische (Wasser, Mineralsalze) und organische (Proteine, Kohlenhydrate, Lipide, Nukleinsäuren) unterteilt. Mit wenigen Ausnahmen (Knochen- und Zahnschmelz) ist Wasser der vorherrschende Bestandteil von Zellen. Die Eigenschaften des Wassers kennen, in welchen Formen Wasser in der Zelle vorkommt, die biologische Bedeutung des Wassers charakterisieren. Entsprechend dem Gehalt an organischen Substanzen in der Zelle nehmen Proteine ​​den ersten Platz ein. Charakterisierung der Zusammensetzung von Proteinen, der räumlichen Organisation von Proteinen (Primär-, Sekundär-, Tertiär-, Quartärstrukturen), der Rolle von Proteinen im Körper. Kohlenhydrate werden in 3 Klassen eingeteilt: Monosaccharide, Disaccharide und Polysaccharide. Kennen Sie die chemische Zusammensetzung und die Einstufungskriterien für Kohlenhydrate. Geben Sie Beispiele für die wichtigsten Vertreter der Klasse und charakterisieren Sie ihre Rolle im Leben der Zelle. Lipide zeichnen sich durch die größte chemische Vielfalt aus. Der Begriff „Lipide“ umfasst Fette und fettähnliche Substanzen – Lipoide. Fette sind Ester von Fettsäuren und einem Alkohol. Die chemische Zusammensetzung von Lipiden und Lipoiden kennen. Betonen Sie die Hauptfunktionen: Trophie, Energie und andere Funktionen, die charakterisiert werden müssen. Die beim Abbau organischer Substanzen freigesetzte Energie wird nicht sofort für die Arbeit in den Zellen verwendet, sondern zunächst in Form einer energiereichen Zwischenverbindung – Adenosintriphosphat (ATP) – gespeichert. Kenne die chemische Zusammensetzung von ATP. Erklären Sie, was AMP und ADP sind. Erweitern Sie das Konzept der "makroergen Bindung". Geben Sie an, in welchen Prozessen ADP und AMP gebildet werden und wie ATP gebildet wird, welchen Energiewert diese Prozesse haben. Nennen Sie Beispiele für physiologische Prozesse, die große Mengen an Energie benötigen.

Wie Sie wissen, sind Chromosomen die Hüter der genetischen Information. Sie bestehen aus Nukleinsäure - DNA und zwei Arten von Proteinen. Sprechen Sie über DNA. Kennen Sie die chemische Zusammensetzung der DNA. Geben Sie an, was sein Monomer ist - Nukleotid Nennen Sie die Arten von Nukleotiden. Charakterisieren Sie das räumliche Modell der DNA, erklären Sie die Konzepte der Komplementarität und Antiparallelität der Ketten des DNA-Moleküls. Beschreiben Sie die Eigenschaften und Funktionen der DNA. Beachten Sie, dass Nukleinsäuren auch drei Arten von Ribonukleinsäuren umfassen: i-RNA, r-RNA, t-RNA. Kennen Sie die chemische Zusammensetzung der RNA. Nennen Sie den Unterschied zwischen RNA-Nukleotiden und DNA-Nukleotiden. Die Funktionen aller drei Arten von Ribonukleinsäuren aufzudecken.

Die biologisch aktiven Substanzen in der Zelle sind Enzyme. Sie katalysieren chemische Reaktionen. Es ist notwendig, auf solche Eigenschaften von Enzymen einzugehen; als die Besonderheit der Aktion, Aktivität nur in einer bestimmten Umgebung und bei einer bestimmten Temperatur, hohe Wirksamkeit der Aktion mit einem geringen Gehalt an ihnen. Erweitern Sie diese Bestimmungen und nennen Sie Beispiele. Derzeit werden Enzyme aufgrund ihrer Struktur in zwei Hauptgruppen eingeteilt: Enzyme, die vollständig aus Proteinen bestehen, und Enzyme, die aus zwei Teilen bestehen: Apoenzym und Coenzym. Erweitern Sie diese Konzepte, geben Sie Beispiele für Coenzyme. Wissen, was das aktive Zentrum eines Enzyms ist. Je nach Art der katalysierten Reaktionen werden Enzyme in 6 Hauptgruppen eingeteilt: Oxireduktasen, Transferasen, Hydrolasen, Lyasen, Isomerasen, Ligasen. Erklären Sie den Wirkmechanismus dieser Enzyme und nennen Sie Beispiele.

Alle heterotrophen Organismen gewinnen letztendlich Energie durch Redoxreaktionen, d.h. diejenigen, bei denen Elektronen von Elektronendonoren-Reduktionsmitteln auf Elektronenakzeptoren - Oxidationsmittel - übertragen werden. Nach der Dissimilationsmethode werden Organismen in anaerobe und aerobe unterteilt. Der Energiestoffwechsel in aeroben Organismen besteht aus drei Phasen: Vorbereitung, die im Magen-Darm-Trakt oder in der Zelle unter Einwirkung von Lysosomenenzymen stattfindet; anoxisch (oder anaerob), der in der Matrix des Zytoplasmas stattfindet, und Sauerstoff, der in den Mitochondrien stattfindet. Geben Sie eine detaillierte Beschreibung aller Stadien, geben Sie an, was der Energiewert dieser Stadien ist, was die Endprodukte des Energiestoffwechsels in aeroben Organismen sind. Bei der anaeroben Methode der Dissimilation gibt es keine Sauerstoffstufe, und der Energiestoffwechsel in Anaerobiern wird als "Fermentation" bezeichnet. Geben Sie an, was die fortschreitende Natur der Atmung im Vergleich zur Gärung ist; Was sind die Endprodukte der Dissimilation während der Fermentation? Nennen Sie Beispiele für aerobe und anaerobe (obligatorische und fakultative) Organismen.

Das Leben auf der Erde hängt vollständig von der pflanzlichen Photosynthese ab, die alle Organismen mit organischer Substanz und O 2 versorgt. Die Photosynthese wandelt Lichtenergie in chemische Bindungsenergie um. Geben Sie eine Definition des Photosyntheseprozesses und beachten Sie die Bedeutung der Arbeit von K. A. Timiryazev. Photosynthese wird nur in Pflanzen durchgeführt, die Plastiden haben - Chloroplasten. Die Struktur von Chloroplasten und ihre chemische Zusammensetzung kennen, um die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Chlorophyll und Carotinoiden anzugeben, die für den Prozess der Photosynthese erforderlich sind. Die Photosynthese hat zwei Phasen: hell und dunkel. Beschreiben Sie die Lichtphase, beachten Sie die Bedeutung der Wasserphotolyse und geben Sie die Ergebnisse dieser Phase der Photosynthese an. Charakterisieren Sie das dunkle Stadium, indem Sie feststellen, dass in ihm unter Verwendung von Energie und CO2 Kohlenhydrate, insbesondere Stärke, als Ergebnis komplexer Reaktionen synthetisiert werden. Erklären Sie die Bedeutung der Photosynthese für die Landwirtschaft.

Ein Beispiel für den plastischen Metabolismus in heterotrophen Organismen ist Proteinbiosynthese. Alle Hauptprozesse im Körper sind mit Proteinen verbunden, und in jeder Zelle gibt es eine konstante Synthese von Proteinen, die für diese Zelle charakteristisch und in einem bestimmten Lebensabschnitt der Zelle notwendig sind. Informationen über ein Proteinmolekül werden in einem DNA-Molekül unter Verwendung von Tripletts oder Codogenen verschlüsselt. Definieren Sie die Begriffe Triplett, genetischer Code. Enthüllen Sie die Eigenschaften des genetischen Codes - Universalität, Triplett, Linearität, Degeneration oder Redundanz, Nichtüberlappung. Bei der Proteinbiosynthese werden drei Stufen unterschieden - Transkription, posttranskriptionelle Prozesse und Translation. Reflektieren Sie die Essenz, die Reihenfolge und den Ort des Durchgangs jeder Stufe. Wissen Sie, warum sich die Zellen eines vielzelligen Organismus, die sich aus einem befruchteten Ei gebildet haben, in der Zusammensetzung der Proteine ​​​​unterscheiden und unterschiedliche Funktionen erfüllen. Den Mechanismus der Regulation der Genaktivität bei der Synthese einzelner Proteine ​​am Beispiel von Bakterien aufzudecken (das Schema von F. Jacob und J. Monod). Definieren Sie den Begriff „Operon“, geben Sie seine Bestandteile und ihre Funktionen an.

Zellreproduktion

Bei der Charakterisierung der Reproduktion auf der zellulären Ebene der biologischen Organisation sollte beachtet werden, dass die einzige Möglichkeit, Zellen zu bilden, die Teilung der vorherigen ist. Dieser Prozess ist sehr wichtig für den Körper. Die Existenz einer Zelle von dem Moment an, in dem sie durch die Teilung der Mutterzelle entsteht, bis zur anschließenden Teilung oder dem Tod wird als Lebens- (oder Zell-) Zyklus bezeichnet. Seine Komponente ist der mitotische Zyklus. Es besteht aus Interphase und Mitose. Erkläre das Zwischenphase- Dies ist der längste Teil des mitotischen Zyklus, in dem die Zelle auf die Teilung vorbereitet wird. Es besteht aus drei Perioden (präsynthetisch, synthetisch und postsynthetisch). Um die Phasen der Interphase zu charakterisieren und festzustellen, in welchen von ihnen RNA, Proteine, DNA, ATP synthetisiert und Organellen dupliziert werden.

Mitose- indirekte Zellteilung. Besteht aus 4 aufeinanderfolgenden Phasen: Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase. Die Mitose ist gekennzeichnet durch das Auftreten von Chromosomen, einer Teilungsspindel und der Bildung von Tochterzellen ähnlich der Mutter. Beschreiben Sie die Phasen der Mitose mit der Abfolge der darin ablaufenden Ereignisse. Geben Sie die Mechanismen an, die die Identität von Chromosomen und die Konstanz ihrer Anzahl in Tochterzellen während der Mitose sicherstellen. Die biologische Essenz der Mitose aufzudecken.

Ein anderer Weg - Amitose, oder direkte Division. Sie erfolgt ohne die Bildung von Chromosomen und der Teilungsspindel. Geben Sie an, welche Zellen sich durch Amitose teilen, und betonen Sie den Unterschied zur Mitose.

Fortpflanzung und individuelle Entwicklung von Organismen

Definieren Reproduktionsprozess als Eigenschaft von Organismen, Nachkommen zu hinterlassen. Es gibt zwei Formen der Fortpflanzung von Organismen: asexuell und sexuell. Beachten Sie, dass die asexuelle Fortpflanzung auf Mitose basiert, sodass die Tochterorganismen eine exakte Kopie der Eltern sind. Diese Art der Reproduktion entstand zuerst im Prozess der Evolution. Charakterisieren Sie die Methoden der ungeschlechtlichen Vermehrung bei Einzellern (mitotische Teilung, Schizogonie, Knospenbildung, Sporulation) und Vielzellern (vegetative Vermehrung, also Körperteile oder eine Gruppe von Körperzellen). Nenne Beispiele.

sexuelle Fortpflanzung- Fortpflanzung mit Hilfe spezieller Gametenzellen, die einen haploiden Chromosomensatz besitzen und an der Befruchtung beteiligt sind. Der Prozess der Gametenbildung wird genannt Gametogenese. Sie wird in Spermatogenese und Oogenese unterteilt. Spermatogenese hat 4 Phasen: Reproduktion, Wachstum, Reifung und Bildung. BEIM Ovogenese 3 Stufen (es gibt keine Formationsstufe). Beschreiben Sie jedes Stadium der Gametogenese und geben Sie an, wie sich der Chromosomensatz und die DNA-Menge in jedem von ihnen ändern. Beschreiben Sie den Unterschied zwischen Spermatogenese und Oogenese.

Meiose ist eine Methode der Zellteilung, wodurch die Anzahl der Chromosomen halbiert wird. Sie ist das zentrale Bindeglied der Gametogenese, wodurch aus jeder Zelle mit diploidem Chromosomensatz 4 haploide Zellen entstehen. Die Meiose besteht aus zwei schnell aufeinanderfolgenden Teilungen, die als erste bzw. zweite meiotische Teilung bezeichnet werden. Jede dieser Teilungen hat Phasen ähnlich der Mitose, ihr Durchgang hat ihre eigenen Eigenschaften. Charakterisieren Sie die Phasen der ersten und zweiten Teilung, notieren Sie ihre Unterschiede und zeigen Sie, wie sich der Chromosomensatz und die DNA-Menge in jeder der Phasen ändern. Erklären Sie, warum es zwischen der ersten und zweiten Liga eine kurze Übergangsphase gibt. Erklären Sie die biologische Bedeutung der Meiose.

Gameten sind in den meisten Fällen unterschiedlich: ein großes, unbewegliches Ei und ein kleines, bewegliches Sperma. Gameten- hochdifferenzierte Zellen, die angepasst sind, um spezifische Funktionen auszuführen. Beschreiben Sie den Aufbau von Spermien und Eiern, ihre genetischen Merkmale und Funktionen.

Düngung- Dies ist der Prozess der Verschmelzung von weiblichen und männlichen Gameten, der zur Bildung einer Zygote führt. Die Befruchtung beinhaltet die Aktivierung des Eies und die Bildung des haploiden Zygotenkerns. Haploide Kerne tragen genetische Informationen von zwei Elternorganismen (eine kombinative Form der Variabilität). Bei Tieren erfolgt die Befruchtung äußerlich und innerlich. Nennen Sie Beispiele und zeigen Sie das Wesen verschiedener Arten der Befruchtung auf. Gefunden in einer Reihe von Organismen Parthenogenese- eine Art der sexuellen Fortpflanzung, bei der die Entwicklung eines Individuums aus einer unbefruchteten Eizelle erfolgt. Markieren Sie die Arten der Parthenogenese: natürlich (fakultativ und obligatorisch) und künstlich.

Ontogenese- individuelle Entwicklung des Organismus, besteht aus 3 Perioden:

1. Progenese- Reifung von Gameten und deren Verschmelzung zu einer Zygote.
2. Embryonale Periode(oder Embryogenese) - von dem Moment an, in dem sich die Zygote bildet, bis zur Geburt oder Freisetzung des Körpers aus den Eihüllen. Stadien der Embryogenese: Zerkleinerung, wodurch eine Blastula gebildet wird; Gastrulation, bei der Keimblätter (Ektoderm, Entoderm und Mesoderm) entstehen; Bildung von Geweben und Organen. Die Methode zum Zerkleinern der Zygote hängt von der Eigelbmenge und der Art ihrer Verteilung im Zytoplasma des Eies ab. Unterscheiden Sie zwischen vollständiger und unvollständiger Zerkleinerung. Vollständiges Zerkleinern kann gleichmäßig und ungleichmäßig und unvollständig sein – scheibenförmig und randständig. Zeigen Sie, welche Arten von Eiern durch die eine oder andere Art des Zerkleinerns gekennzeichnet sind. Der Prozess der Gastrulation verläuft auf unterschiedliche Weise und hängt von der Struktur der Blastula ab, d. h. letztendlich von der Dottermenge im Ei. Die Gastrulation ist durch Bewegung und Differenzierung von Zellen gekennzeichnet, was zur Bildung eines zwei- oder dreischichtigen Embryos führt. Beachten Sie, bei welchen Tieren die Entwicklung im Stadium von zwei Keimblättern endet: Ektoderm und Endoderm, und bei welchen Tieren und auf welche Weise sich das dritte (oder mittlere) Keimblatt - Mesoderm - entwickelt. Geben Sie an, welche Gewebe und Organe aus den Keimblättern gebildet werden. Nach Abschluss der Gastrulation erfolgt die Entwicklung des Achsenkomplexes: Notochord, Neuralrohr, Stammmesoderm; Neurula-Stadium. Enthüllen Sie die Reihenfolge ihrer Entstehung. Der Prozess der Zelldifferenzierung wird durch viele Mechanismen bestimmt, unter denen die embryonale Induktion eine wichtige Rolle spielt. Beschreiben Sie die Erfahrung, die den Einfluss der Notochord auf die Entwicklung anderer Gewebe beweist
3. Postembryonale Periode beginnt nach der Geburt oder der Freisetzung des Körpers von den Eihüllen. Sie unterscheidet zwischen direkter Entwicklung, die ohne Larvenstadium stattfindet, und indirekter Entwicklung, bei der es ein Larvenstadium gibt, das mit der Verwandlung (Metamorphose) in ein erwachsenes Tier endet. Nennen Sie Beispiele für die direkte und indirekte postembryonale Entwicklung bei Wirbellosen und Wirbeltieren. Geben Sie die biologische Rolle der indirekten Entwicklung an.

Grundlagen der Genetik

Definieren Genetik als die Wissenschaft von den Gesetzen der Vererbung und Variabilität. Sie hat, wie jede Wissenschaft, einen Studiengegenstand, Studienmethoden, Aufgaben und Ziele. Gegenstand des Studiums der Genetik sind die Eigenschaften von Lebewesen: Vererbung und Variabilität.

Vererbung- die Fähigkeit der Eltern, ihre Eigenschaften und Eigenschaften an die Nachkommen weiterzugeben. Es bietet materielle und funktionale Kontinuität zwischen den Generationen. Dank der Vererbung bleiben die Eigenschaften einzelner Organismen und der Art als Ganzes über Generationen erhalten.

Es gibt zwei Arten der Vererbung: nuklear (chromosomal) und extranukleär (nicht chromosomal, zytoplasmatisch). Nukleare Vererbung wird durch die Gene der Chromosomen bestimmt und erstreckt sich auf die meisten Merkmale und Eigenschaften des Organismus. Nichtnukleare Vererbung aufgrund der Gene von Mitochondrien, Chloroplasten, Kinetosomen, Plasmiden, Episomen.

Variabilität- die Fähigkeit von Organismen, ihre Eigenschaften und Zeichen zu ändern. Die Formen der Variabilität sind unterschiedlich und hängen von vielen Gründen ab. Vererbung fixiert in den Nachkommen Formen der Variabilität, die mit erblichem Material verbunden sind, d.h. ist ein Prozess, der sicherstellt, dass nicht nur Ähnlichkeiten, sondern auch Unterschiede von Organismen über mehrere Generationen hinweg erhalten bleiben.

Die Genetik enthüllte die materielle Grundlage und die Rolle der Vererbung und Variabilität im Evolutionsprozess.

Studienmethoden

Weisen Sie darauf hin, dass die Vererbungs- und Variabilitätsmuster an verschiedenen Objekten untersucht werden: Nukleinsäuren, einzelne Gene, Chromosomen, Organellen, Zellen, Mikroorganismen, Pflanzenorganismen, Tiere, Menschen und ihre Populationen.

Die genetische Analyse wird mit den folgenden Methoden durchgeführt:

1. Hybridologisch - Auswahl von Elternpaaren und Analyse der Manifestation eines oder mehrerer Merkmale bei den Nachkommen.
2. Genealogisch - Zusammenstellung und Studium von Stammbäumen, Verfolgung eines Merkmals über mehrere Generationen.
3. Zytogenetik - die Untersuchung des Karyotyps mittels Mikroskopie.
4. Population - Bestimmung der Häufigkeit einzelner Gene und Genotypen in einer Population, Entschlüsselung der genetischen Struktur.
5. Mutation - Identifizierung der Wirkung von Mutationen, Bewertung der mutagenen Gefahr einzelner Faktoren und der Umwelt.
6. Phänogenetik - Aufklärung des Einflusses äußerer Faktoren auf erblich bedingte Zeichen.

Nennen Sie die Hauptaufgaben der Genetik:

1. Lösung drängender Probleme der Menschheit in den Bereichen Nahrungs-, Energie- und Rohstoffversorgung;
2. Erhaltung der menschlichen Gesundheit;
3. Umweltschutz und Erhalt der Integrität der Biosphäre.

Vererbung. Moderne Vorstellungen über die Struktur, Eigenschaften und Funktionen des Gens.

Erklären Sie, dass das Gen derzeit als eine strukturelle und funktionelle Einheit der Vererbung betrachtet wird, die die Entwicklung eines bestimmten Merkmals oder einer bestimmten Eigenschaft steuert. Das Gen ist das Hauptglied in der Gesamtheit der Strukturen und Prozesse, die das Auftreten eines bestimmten Produkts (Protein oder RNA) in der Zelle sicherstellen. Das Gen und das Zytoplasma sind in ständiger Einheit, da die Verwirklichung der im Gen enthaltenen Information nur im Zytoplasma möglich ist.

Listen Sie die Eigenschaften eines Gens auf:

1. Diskretion - die Getrenntheit der Wirkung von Genen, die Kontrolle verschiedener Merkmale durch Gene, deren Loci im Chromosom nicht übereinstimmen;
2. Stabilität - Erhaltung unverändert in mehreren Generationen;
3. Spezifität - Kontrolle eines bestimmten Merkmals durch ein bestimmtes Gen;
4. Pleiotropie - die Fähigkeit einiger Gene, die Entwicklung mehrerer Merkmale zu verursachen (Marfan-Syndrom);
5. Allelismus - die Existenz eines Gens in mehreren Varianten;
6. Allmählichkeit - die Dosierung der Aktion, die Fähigkeit, die Entwicklung eines Zeichens einer bestimmten Kraft zu bestimmen (quantitative Grenze); mit einer Erhöhung der "Dosen" von Allelen nimmt die Menge des Merkmals zu (Kornfarbe beim Weizen, Augenfarbe, Haut, Haare beim Menschen, Kolbengröße, Zuckergehalt bei Hackfrüchten usw.).

Es ist zu beachten, dass nach funktionellen und genetischen Merkmalen unterschieden wird:

1. Strukturgene enthalten Informationen über strukturelle, enzymatische Proteine, t-RNA, i-RNA.
2. Modulatorgene unterdrücken, verstärken und reduzieren die Manifestation dieses Merkmals.
3. Regulatorische Gene koordinieren die Aktivität von Strukturgenen.

Erklären Sie, dass die funktionelle Aktivität von Genen in ihrer Fähigkeit zur Transkription, Replikation, Rekombination und Mutation liegt.

Transkription- Umschreiben von Informationen aus der DNA, um sie für die Proteinsynthese zu verwenden. Die Einheit der Transkription ist Transkription, die strukturelle und funktionelle Gene umfasst.

Reproduzieren- Verdoppelung des DNA-Moleküls, die der Verteilung von Erbmaterial zwischen Tochterzellen vorausgeht. Die Einheit der Replikation ist Replikon- ein DNA-Fragment bestehend aus 100-200 Nukleotiden.

Rekombination- Austausch von Stellen zwischen homologen Chromosomen - einer der Mechanismen der erblichen Variabilität. Die Einheit der Rekombination ist aufklären(2 Nukleotide).

Mutation- Veränderung der Genstruktur - ein weiterer Mechanismus der erblichen Variabilität, der ein riesiges Material für die Auswahl schafft. Die Einheit der Mutation ist Muton(1-2 Nukleotide).

Grundbegriffe der Genetik

Definieren Sie die folgenden Begriffe:

Karyotyp- ein spezifischer Chromosomensatz, der Organismen einer Art eigen ist. Es zeichnet sich aus durch:

1. Konstanz der Chromosomenzahl;
2. Individualität der Chromosomen;
3. Paarung von Chromosomen;
4. Chromosomenkontinuität.

Allelgene (Allele)- verschiedene Varianten dieses Gens, die sich leicht in der Nukleotidsequenz unterscheiden.

Mehrfacher Allelismus- das Vorhandensein von mehr als zwei Allelen eines bestimmten Gens in der Population. Ein Beispiel sind die drei Allele I0, IA, IB, die für die Bildung von Antigenproteinen in Erythrozyten verantwortlich sind, die die Zugehörigkeit einer Person zu einer bestimmten Blutgruppe (im ABO-System) bestimmen.

Alternative Zeichen- Sich gegenseitig ausschließende Zeichen, die nicht gleichzeitig im Körper sein können. Ihre Entwicklung wird durch allelische Gene bestimmt.

Homozygoter Organismus- ein Organismus, in dem allelische Gene gleichermaßen die Entwicklung eines bestimmten Merkmals beeinflussen. heterozygoter Organismus- ein Organismus, in dem allelische Gene die Entwicklung eines bestimmten Merkmals auf unterschiedliche Weise beeinflussen.

Dominantes Gen (Allel) steuert die Entwicklung eines Merkmals, das sich in einem heterozygoten (hybriden) Organismus manifestiert. rezessives Gen kontrolliert das Merkmal, dessen Entwicklung durch das dominante Allel unterdrückt wird. Ein solches Merkmal kann sich nur in einem für dieses Allel homozygoten Organismus manifestieren.

Genotyp- eine Reihe von Genen, erbliche Neigungen eines bestimmten Organismus. Unter Genotyp versteht man den Satz von Allelen im diploiden Chromosomensatz. Ihre Gesamtheit im haploiden Chromosomensatz wird genannt Genom.

Phänotyp- eine Reihe von inneren und äußeren Merkmalen des Organismus, die Manifestation des Genotyps unter bestimmten Umweltbedingungen. Phänotypische Merkmale sind alle Manifestationen eines Gens: biochemisch, immunologisch, morphologisch, physiologisch, verhaltensbedingt usw.

Gen-Interaktion

Weisen Sie unter Berücksichtigung des Genotyps darauf hin, dass es sich bei diesem Satz um ein System interagierender Gene handelt.

Die Wechselwirkung tritt zwischen allelischen und nicht-allelischen Genen auf, die sich auf denselben und unterschiedlichen Chromosomen befinden.

Das Gensystem bildet eine ausgewogene genotypische Umgebung, die die Funktion und Expression jedes Gens beeinflusst. Als Ergebnis wird ein bestimmter Phänotyp des Organismus gebildet, dessen alle Anzeichen in Zeit, Ort und Art der Manifestation streng aufeinander abgestimmt sind.

Die Interaktion von allelischen Genen wird ausgedrückt:

1. vollständige Dominanz, bei der die Manifestation des rezessiven Allels durch die Wirkung des dominanten Gens vollständig unterdrückt wird;
2. unvollständige Dominanz, bei der sich beide Allele in einem Merkmal manifestieren, tritt bei Hybriden ein Zwischenmerkmal auf;
3. Kodierung - die Manifestation beider allelischer Gene im Phänotyp und die Entwicklung von zwei Merkmalen;
4. Überdominanz - eine Manifestation eines stärkeren (ausgeprägten) Merkmals bei Hybriden (Heterozygoten) im Vergleich zu seiner Manifestation bei Homozygoten für dominante Allele.

Interaktion nicht-allelischer Gene.

Eine große Gruppe von Wechselwirkungen nicht-allelischer Gene ist die Modulation der Funktion anderer nicht-allelischer Gene durch einige Gene. Es enthält:

Epistase- Unterdrückung eines Gens durch ein anderes Nicht-Allel. Bei dominanter Epistase hat das dominante Gen eine überwältigende Wirkung. Ein Beispiel für dominante Epistase ist die Vererbung der Gefiederfarbe bei Hühnern. Hühner, die Farbgene haben, aber dominante Gene im Erbgut enthalten – Suppressoren, die die Wirkung von Farbgenen unterdrücken, erweisen sich als ungefärbt.

Komplementarität ergänzen sich durch interagierende Gene. Interagierende, nicht allelische Gene ergänzen sich gegenseitig, sodass ihre gemeinsame Wirkung zum Auftreten eines neuen Merkmals führt, das nicht auftritt, wenn die Gene getrennt voneinander wirken. Ein Beispiel ist die Vererbung von Kammformen bei Hühnern. Aus der Kreuzung von Hühnern mit einem rosafarbenen Kamm (Genotypen A-bb) mit Hühnern mit einem erbsenförmigen Kamm (Genotypen aaB-) endet die gesamte Generation mit einem völlig neuen walnussförmigen Kamm (Genotypen A-B-).

Polymerismus- Kontrolle eines Merkmals durch mehrere dominante Allele. Jede Allel-"Dosis" des Gens leistet den gleichen Beitrag zur Entwicklung des Merkmals.

Die von solchen Genen gesteuerten Merkmale haben immer eine quantitative Eigenschaft und hängen von der "Dosierung" dominanter Allele ab, die im Genotyp vorhanden sind.

Die polymere Vererbung ist charakteristisch für Wachstum, Körperbau, Körpergewicht beim Menschen und lockiges Haar.

Hybridologische Methode zur Untersuchung der Vererbung

Beachten Sie, dass diese Methode die zentrale Methode der genetischen Analyse ist. Es wurde von G. Mendel entwickelt und besteht darin, Organismen zu kreuzen, die sich in einem oder mehreren Merkmalen voneinander unterscheiden.

Spezifizieren Sie die Anforderungen, die Mendel an die Anwendung dieser Methode stellt:

1. Unterschied der Elternformen nach kontrastierenden Merkmalen;
2. Klarheit und Stabilität der analysierten Merkmale;
3. normale Lebensfähigkeit und Fruchtbarkeit der Nachkommen;
4. die Vielfalt der Generation und die Möglichkeit der quantitativen Berücksichtigung des Merkmals im Experiment;
5. die Verwendung reiner (homozygoter) Formen, bei denen das analysierte Merkmal über Generationen hinweg beständig verfolgt wird.

Betonen Sie, dass die Verwendung der hybridologischen Methode es G. Mendel ermöglichte, zu den folgenden Schlussfolgerungen zu gelangen:

1. Beziehung eines Merkmals mit einem erblichen Faktor;
2. Wesentlichkeit, Diskretion, Stabilität der Erbfaktoren;
3. Spezifität erblicher Faktoren - Kontrolle bestimmter Zeichen;
4. Paarung erblicher Faktoren;
5. über ihre Übertragung durch Gameten und Wiederherstellung der Paarung während der Befruchtung;
6. über zwei entgegengesetzte Zustände von Erbfaktoren: dominant und rezessiv.

Beachten Sie, dass G. Mendel mit Hilfe der hybridologischen Methode die Muster der vererbten Merkmale ermittelte:

1. Einheitlichkeit in der ersten Generation;
2. Aufspaltung von Merkmalen in alternative Varianten bei Individuen der zweiten Generation;
3. unabhängige Kombination von Merkmalen der Eltern bei den Nachkommen.

Das von Mendel aufgestellte Erbrecht. Monohybrides Kreuz. Das Uniformitätsgesetz der ersten Generation.

Erklären Sie, dass Mendel eine Studie an 22 Erbsensorten durchführte und 7 Paare kontrastierender Merkmale für die Analyse auswählte. Diese Anlage erfüllte alle Anforderungen für das Experiment:

1. das Vorhandensein klar definierter kontrastierender Merkmale, die über Generationen vererbt und manifestiert wurden;
2. Selbstbestäubung, die es ermöglichte, reine (homozygote) Pflanzen in Experimenten zu untersuchen;
3. Gewinnung zahlreicher Nachkommen (Merkmale wurden quantitativ berücksichtigt, die Ergebnisse der Experimente wurden mathematisch verarbeitet)
4. ausreichende Lebensfähigkeit und Fruchtbarkeit.

G. Mendel kreuzt zwei Erbsensorten, die sich in einem Paar kontrastierender Merkmale voneinander unterscheiden - der Farbe der Samen. Die erste Sorte hatte gelbe Samen, die zweite grüne. Beide Sorten waren rein, d.h. haben ihre Eigenschaft bei früheren Kreuzungen über Generationen hinweg standhaft beibehalten.

Es stellte sich heraus, dass die gesamte erste Generation mit gelben Samen war. Mendel nannte Gelb die dominierende Farbe - vorherrschend, a. grün rezessiv - verschwindet. Er führte auch eine symbolische Bezeichnung von Zeichen und Ergebnisaufzeichnungen ein:

A - gelbe Farbe des Samens; eine grüne;

P - Elternorganismen; G - Gameten;

x - Kreuzung der Elternformen;

F 1.2.3... - Generationen aus Kreuzung.

Aus dieser symbolischen Aufzeichnung ist ersichtlich, dass sich vor der Farbe der Samen alle Pflanzen als gleich mit einem dominanten Merkmal herausstellten; je nach Genotyp waren alle Hybriden heterozygot.

Mendel nannte die beobachteten Ergebnisse die Dominanzregel. Später wurde die Regel Mendels 1. Gesetz genannt - das Gesetz der Uniformität der ersten Generation:

Bei der Kreuzung von Organismen, die sich in einem Paar kontrastierender Merkmale unterscheiden, ist die erste Generation in Phänotyp und Genotyp einheitlich. Nach dem Phänotyp ist die gesamte Generation durch ein dominantes Merkmal gekennzeichnet, nach dem Genotyp ist die gesamte Generation hybrid (heterozygot).

Das Spaltungsgesetz, Zeichen bei Hybriden der zweiten Generation.

Erzählen Sie, dass Mendel aus Hybridsamen F 1 Erbsen angebaut hat. kreuzte sie durch Selbstbestäubung und erhielt in F 2 Pflanzen mit gelben und grünen Samen. Dieses Phänomen nennt Mendel Feature-Splitting. Das beobachtete Phänomen wurde in einem Verhältnis von 3:1 ausgedrückt (75 % der Pflanzen hatten ein dominantes Merkmal, 25 % - ein rezessives Merkmal).

Basierend auf den gewonnenen Ergebnissen formulierte Mendel das 2. Spaltungsgesetz: Bei den Nachkommen, mittags aus Kreuzungshybriden der ersten Generation, wird eine Charakterspaltung im Verhältnis 3:1 beobachtet. Ein Viertel der Generation hat ein rezessives Merkmal, drei Viertel - dominant.

Als Mendel den Grund für diese Aufspaltung herausfand, fand er heraus, dass sich äußerlich ähnliche Individuen in erblichen Eigenschaften (Genotyp) unterscheiden. 1/3 der Pflanzen mit einem dominanten Merkmal spaltete sich in den nachfolgenden Generationen nicht. Mendel nannte sie homozygot – gleichermaßen erblich (AA). 2/3 der Pflanzen mit dominanten Merkmalen gaben die gleiche Aufspaltung der Merkmale wie die Eltern, im Verhältnis 3:1 .. Mendel nannte sie - anders erblich heterozygot (Aa). Pflanzen mit rezessiven Merkmalen (aa) zeigten ebenfalls keine Aufspaltung von Merkmalen; waren homozygot.

Diese Experimente zeigten, dass die beobachtete phänotypische Spaltung von einer genotypischen Spaltung in einem Verhältnis von 1:2:1 begleitet wird

P(F 1) Aa x Aa

G       A; ein       A; a

F 2       AA; Ah; Ah; Ah,

wo ein Teil (25%) - AA-Generationen,

zwei Teile (50%) - Generationen Aa,

ein Teil (25%) - Generationen aa.

Das Gesetz (Hypothese) der "Reinheit" der Gameten.

Um dieses Gesetz zu charakterisieren, muss zunächst gesagt werden, dass die Analyse der Merkmale von Pflanzen der ersten und zweiten Generation es Mendel ermöglichte, festzustellen, dass der rezessive Erbfaktor, der nicht in F 1 auftrat, nicht verschwindet und sich nicht mit dem dominanten vermischt . In F 2 treten beide Erbfaktoren in reiner Form auf. Und dies ist nur möglich, wenn die F1-Hybriden keine Hybriden bilden, sondern "reine" Gameten, von denen einige einen dominanten Erbfaktor tragen, während andere einen rezessiven haben.

Diese Nichtvermischung alternativer Erbfaktoren in den Gameten der Hybridgeneration wurde als Hypothese der "Reinheit" der Gameten bezeichnet.

Die Hypothese der "Reinheit" der Gameten war die zytologische Grundlage des 1. und 2. Mendelschen Gesetzes. Sie erläuterte die beobachtete Aufspaltung nach Phänotyp und Genotyp und zeigte, dass sie probabilistisch-statistischer Natur ist und sich durch die gleiche Wahrscheinlichkeit der Bildung verschiedener Klassen von Gameten in F 1 -Hybriden und die gleiche Wahrscheinlichkeit ihres Zusammentreffens in F 2 erklärt.

Derzeit hat diese Hypothese eine vollständige zytologische Bestätigung erhalten. Während des Reifungsprozesses durchlaufen Gameten eine Meiose, wodurch jeder Gamete einen haploiden Chromosomensatz und damit einen Satz allelischer Gene erhält.

Kreuz analysieren.

Zeigen Sie, dass es von Mendel entwickelt wurde, der herausfand, dass sich äußerlich identische Organismen in Erbfaktoren unterscheiden können.Um phänotypisch identische Formen zu bestimmen, werden sie mit Organismen gekreuzt, die für rezessive Gene homozygot sind, d.h. ein rezessives Merkmal haben.

Stellt sich bei der Analyse von Kreuzungen heraus, dass die gesamte Generation einheitlich und ähnlich dem Organismus ist, dessen Genotyp analysiert wird, ist dieser homozygot.

Wenn als Ergebnis der Analyse von Kreuzen eine Aufspaltung in der Generation im Verhältnis 1: 1 beobachtet wird, ist der Genotyp des vererbten Organismus heterozygot.

F1Aa; aa 1:1

In diesem Fall kehrt die Generation je nach Genotyp und Phänotyp sozusagen zu den Elternformen zurück, daher nannte Mendel dies analysierende Kreuzung rekurrent.

Die Analyse von Kreuzungen wird häufig in der Tier- und Pflanzenzucht und in der experimentellen Biologie zur Erstellung genetischer Karten von Chromosomen verwendet.

Dihybrides Kreuz. Das Gesetz der selbständigen Merkmalskombination in der zweiten Generation. Beachten Sie, dass die Kreuzung, bei der die Vererbung von zwei Merkmalspaaren analysiert wird, als Dihybrid bezeichnet wird.

Für die Kreuzung wählte Mendel zwei Merkmale: die Farbe der Samen und ihre Form. Elternformen unterschieden sich durch zwei Paare kontrastierender Zeichen und waren "rein" (homozygot).

Die erste Sorte hatte gelbe und glatte Samen, die zweite grüne und faltige. Es stellte sich heraus, dass die gesamte erste Generation gelbe und glatte Samen hatte. Die gelbe Farbe und die glatte Form dominierten, wie aus der symbolischen Notation ersichtlich ist:

A - gelbe Samenfarbe,

eine grüne

B - glatte Form,

c - faltig.

R     AABB     x     AABB

G       AB                av

F 1         AaBv   100 % (gelb glatt im Phänotyp, diheterozygot im Genotyp).

Die Herrschaft der Dominanz manifestierte sich in der gleichzeitigen Vererbung von zwei Merkmalen. Die Kreuzung von Hybriden der ersten Generation verursachte das Auftreten von Pflanzen mit unterschiedlichen Merkmalskombinationen.

Die Merkmale der Eltern wurden unabhängig voneinander vererbt und bei den Nachkommen unterschiedlich kombiniert. Die phänotypische Aufteilung betrug 9:3:3:1. 9 Teile hatten beide dominante Züge, 3 Teile – der erste dominante, der zweite rezessive, 3 Teile – der erste rezessive, der zweite dominante, 1 Teil – beide rezessive Züge.

Zeigen Sie, dass die in der zweiten Generation beobachteten Merkmalskombinationen das Ergebnis einer zufälligen Begegnung von Gameten während der Befruchtung sind. Für das symbolische Bild der zweiten Generation wird das Punnett-Gitter verwendet.

Gameten	AB	Ein V	aB	ein V
AB	AABB z.B.	AAVv z.B.	AaBB z.B.	AaVv z.B.
Ein V	AAVv z.B.	AAvv wm	AaVv z.B.	ach wm
aB	AaBB z.B.	AaVv z.B.	aaBB z.B.	aawww z.B.
ein V	AaVv z.B.	ach wm	aawww z.B.	aavv z.m.

Gut. - gelb; B. - glatt; h. - grün; m. - faltig.

Daraus ist ersichtlich, dass die Genotypen von 9 Pflanzenteilen mit gelben und glatten Samen sein können: AABB, AaBB, AaBv, AABv (A-B-):

3 Pflanzenteile mit gelben und faltigen Samen - AAvv, Aavv (A-cc);

3 Pflanzenteile mit grünen und glatten Samen - aaBB, aaBv (aaB-);

1 Teil Pflanzen mit grünen und faltigen Samen - aavv.

Basierend auf den Beobachtungen wurde das Gesetz der unabhängigen Kombination formuliert - Mendels 3. Gesetz: Bei der Kreuzung von homozygoten Organismen, die sich durch zwei oder mehr Paare alternativer Merkmale voneinander unterscheiden, werden Gene und ihre entsprechenden Merkmale unabhängig voneinander vererbt und in allen möglichen Kombinationen kombiniert.

Jedes Zeichenpaar, einzeln betrachtet, wurde im Verhältnis 3:1 aufgeteilt, das Verhältnis von gelben und grünen Kernen betrug 12:4 = 3:1. Das Verhältnis von glatten und runzligen Samen war gleich 12:4 = 3:1.

Die Mendelschen Gesetze dienen der Analyse komplexerer Merkmale, wenn sich Eltern in drei oder mehr Merkmalspaaren unterscheiden. In diesem Fall bilden Gameten Klassen gemäß der Formel 2n, wobei n der Grad der Hybridität des Organismus ist und die Grundlage der phänotypischen Spaltung die monohybride Spaltung (3:1)n ist, wobei n die Anzahl der analysierten Paare ist Gene. Bei Heterozygoten verdoppelt jedes Gen die Anzahl der Gametenklassen und verdreifacht die Anzahl der Genotypklassen. Ein Individuum, das für n Genpaare heterozygot ist, produziert 2n Arten von Gameten und 3n verschiedene Genotypen.

Beachten Sie, dass das Gesetz der unabhängigen Kombination von Merkmalen unter den folgenden Bedingungen erfüllt ist:

1. Lokalisierung von Genen in verschiedenen Paaren homologer Chromosomen;
2. das Fehlen aller Arten von Wechselwirkungen zwischen allelischen und nicht-allelischen Genen, außer bei vollständiger Dominanz;
3. gleicher Selektionswert (Überleben) aller Genotypen;
4. Mangel an pleiotroper Wirkung von Genen.

Verknüpfung von Genen. Überqueren. Morgans Chromosomentheorie.

Weisen Sie darauf hin, dass W. Batson und R. Pennet 1906 bei der Untersuchung der Vererbung von zwei allelischen Genpaaren in Zuckererbsen eine Aufspaltung entdeckten, die sich von den von Mendel festgelegten Verhältnissen unterscheidet.

Bei der Kreuzung homozygoter Pflanzen, die sich in zwei Paaren kontrastierender Merkmale AABB x aavb unterscheiden, erwarteten sie die Bildung von 4 phänotypischen Klassen in F 2 im Verhältnis 9:3:3:1. Stattdessen trat eine phänotypische Aufteilung in 2 Klassen in einem Verhältnis nahe 3:1 auf (Pflanzen mit Kombinationen von Merkmalen, die in den Elternformen vorhanden waren, überwogen).

Bei der Analyse dieses Phänomens stellte sich heraus, dass die Gene A und B auf demselben Chromosom lokalisiert waren und zusammen (als ein Gen) vererbt wurden. Hybriden der ersten Generation bildeten nicht 4, sondern 2 Arten von Gameten. Dies ist aus der symbolischen Notation ersichtlich:

P (F 1)     A B     x     A B

              a bis             bis

D         AB, av         AB, av

F 2     A B,     A B,     A B,     a c

        A B,     a c,       c,     a c

                  3               1

Es wurde offensichtlich, dass alle Gene, die sich in demselben Paar homologer Chromosomen befinden, gemeinsam vererbt werden und in der zweiten Generation ein Muster monogener Vererbung zeigen, d.h. wird als ein Paar allelischer Gene vererbt, was eine Aufteilung von 3:1 ergibt. Dieses Phänomen wird als verknüpfte Vererbung bezeichnet.

Das Phänomen der verknüpften Vererbung wurde in den Arbeiten amerikanischer Genetiker unter der Leitung von T. Morgan geklärt, der die Chromosomentheorie der Vererbung entwickelte.

Ein geeignetes Objekt für das Studium der verknüpften Vererbung war die Fliege (Drosophila), sie vermehrte sich leicht in Reagenzgläsern mit einem Nährmedium, brachte zahlreiche Nachkommen hervor und hatte einen schnellen Generationswechsel. Ein großer Vorteil war das Vorhandensein von 4 Paaren homologer Chromosomen und einer großen Anzahl von Mutantenvarianten (je nach Flügelform und Augenfarbe, Anzahl, Art, Größe, Borstenverteilung usw.). Die Zeichen ließen sich leicht über die Generationen verfolgen.

Die Schule von T. Morgan fand heraus, dass die Verknüpfung von Genen durch Crossing Over (der Prozess des Austauschs von Fragmenten homologer Chromosomen) unterbrochen werden kann. Dies wurde in Experimenten zur Kreuzung von grauen Langflügelfliegen mit grauen Kurzflügelfliegen gezeigt. Es stellte sich heraus, dass die gesamte Kreuzungsgeneration eine graue Körperfarbe und lange Flügel hatte.

Die Gene für graue Färbung und lange Flügel waren dominant und lagen auf demselben Chromosom.

A - graue Körperfarbe,

ein - schwarz

B - lange Flügel,

c - kurz.

(grau langflügelig)

Dann wurde eine Analysekreuzung der F 1 -Hybride durchgeführt. Unter der Annahme einer vollständigen Verknüpfung zwischen den Genen A und B wurden zwei Arten von Gameten und zwei phänotypische Klassen in F 2 erwartet: 50 % - graue Langflügelfliegen und 50 % schwarze Kurzflügelfliegen, und sie erhielten 41,5 %. In F 2 gab es nicht 2, sondern 4 phänotypische Klassen. Zusätzlich zu den erwarteten Phänotypen gab es 8,5 % graue Kurzflügelfliegen und 8,5 % schwarze und langflügelige Fliegen. Bei einem Teil der Gameten wurden die Weibchen gekreuzt, was dazu führte, dass bei den Nachkommen Individuen mit neuen Merkmalskombinationen auftauchten. Solche Formen werden genannt Überkreuzung.

Crossover-Formen

Da alle männlichen Gameten völlig gleich waren, hing der Prozentsatz der Crossover-Formen in F 2 vom Prozentsatz der weiblichen Crossover-Gameten ab, deren Gesamtzahl 17% betrug, T. Morgan fand heraus, dass der Unterschied im Prozentsatz der Crossover-Individuen davon abhängt der Abstand zwischen den Genen. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Crossing-over zwischen entfernten Genen auftritt, ist höher als zwischen eng beieinander liegenden Genen.

Der Abstand zwischen Genen in Chromosomen wird normalerweise in konventionellen Einheiten angegeben - Morganiden.

Morganida entspricht einem solchen Genabstand, bei dem 1% Crossover-Individuen bei den Nachkommen beobachtet werden.

Der Prozentsatz der Überkreuzung für verschiedene Genpaare überschreitet nicht 50. Bei einer Entfernung von 50 Morganiden oder mehr werden Gene unabhängig voneinander vererbt, obwohl sie auf demselben Chromosom lokalisiert sind.

Basierend auf Daten zum Crossing over (in Drosophila) formulierte T. Morgan die wichtigsten Bestimmungen der Chromosomentheorie:

1. Gene sind linear auf Chromosomen lokalisiert. Unterschiedliche Chromosomen enthalten eine ungleiche Anzahl von Genen: Der Satz von Genen in jedem der nicht homologen Chromosomen ist einzigartig.
2. Jedes Gen nimmt einen bestimmten Ort (Lokus) auf dem Chromosom ein.
3. Lokalisierte Gene: Sie stellen in einem Chromosom eine Kopplungsgruppe dar und werden gemeinsam vererbt, die Anzahl der Kopplungsgruppen entspricht dem haploiden Chromosomensatz. Zwei homologe Chromosomen sollten als eine Verknüpfungsgruppe betrachtet werden.
4. Ein Kupplungsversagen tritt als Ergebnis einer Überkreuzung auf.
5. Die Häufigkeit des Crossing-over zwischen nicht-allelischen Genen, die sich auf demselben Chromosom befinden, hängt von der Entfernung zwischen ihnen ab und ist direkt proportional zu dieser.
6. Der Abstand zwischen Genen wird in Morganiden gemessen. Ein Morganid entspricht 1 % der Crossover-Phänotypen bei den Nachkommen.
7. Die Häufigkeit des Überkreuzens ist ein Mittel, um die Lokalisierung von Genen im Chromosom genau festzustellen.

Sexgenetik.

Weisen Sie darauf hin, dass die Vielfalt der Methoden zur Bestimmung des Geschlechts in verschiedenen Organismen in drei Gruppen unterteilt werden kann:

1. Geschlecht wird während der Befruchtung bestimmt - symgame Geschlechtsbestimmung;
2. Bestimmung des Geschlechts vor der Befruchtung - Software-Geschlechtsbestimmung;
3. Das Geschlecht wird durch Mechanismen bestimmt, die nichts mit der Befruchtung zu tun haben – epigame Geschlechtsbestimmung.

Die häufigste Möglichkeit besteht darin, das Geschlecht verschiedener Arten zum Zeitpunkt der Befruchtung zu bestimmen. Da die Geschlechtsentwicklung von dem in der Zygote erhaltenen Chromosomensatz abhängt, spricht man von chromosomaler Geschlechtsbestimmung.

Karyotypen (diploide Chromosomensätze) bestehen aus Autosomen und Geschlechtschromosomen. Der weibliche Karyotyp umfasst 22 Autosomenpaare und ein Paar XX-Geschlechtschromosomen. Das weibliche Geschlecht wird homogametisch genannt, da es eine Art von X-Gameten bildet.

Der männliche Karyotyp umfasst 22 Autosomenpaare, ähnlich den weiblichen Autosomen, und ein Paar XY-Geschlechtschromosomen; das männliche Geschlecht wird als heterogametisch bezeichnet. da es zwei Arten von Gameten X und Y bildet.

Primär- Theoretisch erwartetes Herdverhältnis ist 1:1. Die Wahrscheinlichkeit, Jungen und Mädchen zu haben, ist gleich - 50%.

R     XX      XY

G      X      X, Y

F 1  XX;     XY

50 % Mädchen   50 % Jungen (1:1)

Sekundäres Geschlechterverhältnis- Ihr Verhältnis bei der Geburt unterscheidet sich von dem primären. Jungen werden 6-7% häufiger geboren als Mädchen und sind 106-100. Aufgrund biologischer und sozialer Merkmale sterben Jungen häufiger. Tertiäres Geschlechterverhältnis - ihr Verhältnis in der Pubertät. Es nähert sich dem primären 1:1.

Bei einigen Vögeln, Reptilien, Amphibien und Schmetterlingen (der Seidenraupe) sind die XX-Männchen das homogametische Geschlecht und die Weibchen das XY-heterogametische Geschlecht. In der Praxis wird das Geschlecht dieser Tiere vor der Befruchtung durch die weiblichen Gameten bestimmt.

Bei Käfern der Proteor-Gattung, Heuschrecken, Tausendfüßlern, Nematoden, Käfern haben Weibchen zwei X-Chromosomen (XX) und Männchen eins (XO), der XO-Typ wird "Proteor" genannt.

Bei Hautflüglern (Bienen, Reiter, Ameisen) hängt das Geschlecht von der Ploidie des Eies ab (sie haben keine Geschlechtschromosomen). Aus befruchteten Eiern bei Bienen mit 2n Chromosomen entwickeln sich Weibchen - Arbeitsbienen, aus unbefruchteten (n) - Männchen (Drohnen).

Die Programmgeschlechtsbestimmung beruht auf Unterschieden in den Eiern aufgrund der ungleichen Menge an Zytoplasma und Nährstoffen. Bei Rädertierchen, Blattläusen und Meereswürmern entwickeln sich Weibchen aus großen Eiern und Männchen aus kleinen.

Geschlechtsgebundene Vererbung.

Sagen Sie, dass Merkmale, deren Gene sich auf den unteren Chromosomen befinden, als geschlechtsgebunden bezeichnet werden. Ihre Vererbung unterscheidet sich von der Vererbung von Merkmalen, deren Gene in Autosomen lokalisiert sind.

Derzeit wurden im menschlichen X-Chromosom etwa 150 Gene gefunden, die für die Entwicklung einer Vielzahl von Merkmalen verantwortlich sind, darunter Gene, die für die normale Blutgerinnung, die Entwicklung des Muskelsystems, das Dämmerungssehen, das Farbsehen, Schweißdrüsen, obere Schneidezähne etc. . Alle diese Merkmale sind auf dominante Allele zurückzuführen. Rezessive Allele dieser Gene verursachen Krankheiten: Hämophilie - schlechte Blutgerinnung, Farbenblindheit - beeinträchtigtes Farbsehen, Nachtblindheit, Muskeldystrophie, Mangel an Schweißdrüsen.

Das weibliche (homogametische) Geschlecht kann für diese Gene homozygot und heterozygot sein:

XnXn; X n X h ; X h X h

Heterozygote Organismen sind versteckte Träger pathologischer Gene.

Das heterogametische männliche Geschlecht ist für diese Gene hemizygot, da das Y-Chromosom nicht die Allele dieser Gene X und Y besitzt; X h Y

Das Y-Chromosom enthält Gene für die Hodendifferenzierung, die Gewebeverträglichkeit, Gene, die die Größe der Zähne beeinflussen, sowie Gene für Krankheitszeichen: Frühkahlheit, verstärkte Behaarung (Hypertrichose) und das Gen für Ichthyose (schwere Hautläsionen).

Da das Y-Chromosom nur über die männliche Linie weitergegeben wird, treten diese Merkmale nur bei Männern auf. Die Taxiart der Vererbung wird als holländisch bezeichnet.

Die Besonderheit der Vererbung von Genen auf dem X-Chromosom besteht darin, dass Frauen die verborgenen Träger pathologischer Gene sind und ihre phänotypische Manifestation bei Männern beobachtet wird:

R               X n X h       x       X n U

            X n,     X h           X n,     Y

F1   X n X h             X n X n     X n U;               X h Y

    Frauen -     eine Frau und ein Mann     ein Mann,

    Träger               gesund           Bluter

X h - Hämophilie,

X n - normale Blutgerinnung.

Geschlechtsgebundene Merkmale sollten von solchen unterschieden werden, die es sind geschlechtsbeschränkt. Merkmale, die nur bei einem Geschlecht auftreten, werden als geschlechtsbeschränkte Merkmale bezeichnet. Die Gene, die sie bestimmen, können in Autosomen und Geschlechtschromosomen bei Männern und Frauen gefunden werden und gehorchen den Vererbungsmustern gewöhnlicher Merkmale. Dies sind Anzeichen wie Eiproduktion, Milchproduktion, Mehrlingsschwangerschaft, Hornlosigkeit.

Die Selektion dieser Merkmale erfolgt über Männchen und Weibchen.

Variabilität.

Beschreiben Sie Variabilität als Eigenschaft lebender Organismen, in verschiedenen Formen zu existieren. Die ganze Vielfalt der Struktur und Funktionen hängt davon ab vor dem Hintergrund ihres einzigen Plans.

Es gibt zwei Haupttypen von Variabilität:

1. Phänotypisch - nur durch den Phänotyp begrenzt, das Erbgut nicht betroffen, daher nicht an Nachkommen weitergegeben.
2. Genotypisch - verbunden mit verschiedenen Veränderungen des Genotyps.

Phänotypische Variabilitätäußert sich in einer Veränderung phänotypischer Merkmale, die unter dem Einfluss von Umweltfaktoren entstehen. Sie beeinflussen das Genotyp nicht, in der Regel verändern sie die Aktivität des Enzyms. Ein Beispiel ist die Farbänderung des Fells eines Himalaya-Kaninchens unter dem Einfluss der Umgebungstemperatur. Der Embryo entwickelt sich unter Bedingungen erhöhter Temperatur, die das zum Färben der Wolle notwendige Enzym zerstört, sodass Kaninchen vollständig weiß geboren werden.

Kurz nach der Geburt verdunkeln sich bestimmte Körperteile (Ohrhörner, Schwanz, Nase), an denen die Temperatur niedriger ist als an anderen Stellen und das Enzym nicht zerstört wird. Rasiert man eine Stelle mit weißer Wolle ab und kühlt diese auf +2°C ab, wächst an dieser Stelle schwarze Wolle nach. Die phänotypische Variabilität wird in Zufall und Modifikation unterteilt.

Zufällig entsteht durch die gemeinsame Wirkung vieler Umweltfaktoren auf den Körper. Es betrifft verschiedene Zeichen und ist nicht adaptiv. Es kann in jedem Stadium der Ontogenese auftreten.

Änderung tritt bei genetisch identischen Individuen unter dem Einfluss äußerer Faktoren auf. Unter ähnlichen Umweltbedingungen hat es einen Gruppen- und reversiblen Charakter.

Aus einer einzelnen Knolle gezogene Kartoffeln beispielsweise unterscheiden sich je nach Bodenfruchtbarkeit und Pflege in Buschigkeit, Größe und Form der Knollen. In der Haut aller Menschen, die unter dem Einfluss von UV-Strahlen stehen, lagert sich ein Schutzpigment, Melanin, ab.

Die Manifestation der Modifikationsvariabilität wird durch die Reaktionsgeschwindigkeit begrenzt. Unter Reaktionsrate die Grenzen verstehen, innerhalb derer eine Merkmalsänderung bei einem bestimmten Genotyp möglich ist. Diese Eigenschaft des Genotyps gewährleistet die Entwicklung eines Merkmals in Abhängigkeit von sich ändernden Umweltbedingungen. Ein klassisches Beispiel ist der Fellwechsel bei vielen Tieren zum Winter (dicker und heller).

Die Reaktionsgeschwindigkeit wird im Gegensatz zur Modifikationsvariabilität selbst vererbt. Seine Grenzen sind für verschiedene Zeichen und für verschiedene Personen unterschiedlich. Beispielsweise hat die Milchmenge (Milchleistung) eine breite Reaktionsgeschwindigkeit und der Fettgehalt ist viel enger. Eine noch begrenztere Reaktionsgeschwindigkeit hat solche Anzeichen wie Erythrozyten-Antigenproteine, die die Blutgruppe bestimmen, Änderungen, bei denen unter dem Einfluss äußerer Faktoren fast unmöglich sind.

Modifikationen sind gerichtet, im Gegensatz zu Mutationen, deren Richtungen variiert werden. Die Intensität der Modifikationsänderungen ist proportional zur Stärke und Dauer des einwirkenden Faktors.

Genotypische Variabilität verbunden mit einer Veränderung des Genotyps, die an Generationen weitergegeben wird. Es gibt zwei Formen genotypischer Variabilität: kombinative und mutationsbedingte Die kombinative Form der Variabilität ist mit dem Prozess der sexuellen Fortpflanzung und neuen Kombinationen von elterlichen Genen in den Genotypen von Kindern verbunden.

Zwei Mechanismen der kombinativen Variabilität sind mit dem Reifungsprozess von Keimzellen verbunden - Meiose. Die wichtigste ist eine unabhängige Kombination nicht-homologer Chromosomen, die in der Anaphase der ersten meiotischen Teilung stattfindet. Die Wahrscheinlichkeit solcher Kombinationen für eine Person beträgt 2 23 . Der zweite Mechanismus ist der Austausch von Chromosomensegmenten zwischen homologen Chromosomen (Crossing Over). Genkombinationen werden durch die zufällige Auswahl von Elternpaaren und das zufällige Treffen von Gameten in demselben Elternpaar bei der Befruchtung verbessert. Dadurch entstehen in Zygoten verschiedene Kombinationen von Genen, wodurch zahlreiche Varianten entstehen.

Mutationsvariabilität.

Der Begriff „Mutation“ wurde 1901 von G. de Vries eingeführt. Mutation nannte er das plötzliche Auftreten eines neuen erblichen Merkmals. Die Ursachen und Mechanismen der Entstehung von Mutationen sind vielfältig. Die Klassifikation von Mutationen ist multidirektional.

1. Je nach Herkunftsort werden somatische und generative Mutationen unterschieden. Somatische Mutationen sind Mutationen in somatischen Zellen. Durch vegetative Vermehrung an Generationen weitergegeben, kann in der Pflanzenzüchtung zur Gewinnung neuer Sorten verwendet werden. Bekannte Manifestationen somatischer Mutationen sind: andersfarbige Flecken auf der Haut von Schafen, Altersflecken der Haut, der Iris der Augen beim Menschen, Warzen (Papillome) der Haut, generative Mutationen - Mutationen in Gameten, werden vererbt.
2. Je nach Ausmaß der Beteiligung am Mutationsprozess werden Gen-, Chromosomen- und Genommutationen unterschieden.
   Gen-(Punkt-)Mutationen- Änderung der Nukleotidsequenz innerhalb des Gens, sie werden wie folgt ausgedrückt:
   1. Ablagerung eines Nukleotids;
   2. Nukleotid-Insertion;
   3. Nukleotidverdopplung – Verdoppelung von einem oder mehreren Nukleotidpaaren;
   4. Umlagerung von Nukleotiden.
   In diesem Fall wird das Lesen von Informationen verzerrt ("frame shift"), die Bedeutung von Codogenen ändert sich und folglich die Synthese eines normalen Polypeptids.
   Chromosomenmutationen (Aberrationen) entstehen durch Umlagerung von Chromosomen:
   1. Deletionen - Verlust eines großen Teils eines Chromosoms;
   2. Duplikationen - Verdoppelung eines Abschnitts eines Chromosoms;
   3. Translokationen - die Übertragung eines Abschnitts eines Chromosoms auf ein anderes nicht-hämiologisches;
   4. Insertionen - die Übertragung eines Abschnitts eines Chromosoms oder einzelner Gene an eine andere Stelle auf diesem Chromosom; dies sind die sogenannten mobilen Gene, deren Positionen im Chromosom das Merkmal auf unterschiedliche Weise beeinflussen;
   5. Inversion - Umlagerung eines Abschnitts eines Chromosoms mit seiner Umkehrung t 180 °.
   Genomische Mutationen- Veränderung der Chromosomenzahl:
   1. Polyploidie - eine Erhöhung der diploiden Chromosomenzahl durch Hinzufügen ganzer Chromosomensätze. Bei polyploiden Formen wird eine Zunahme der Chromosomenzahl festgestellt, ein Vielfaches des haploiden Satzes (Zn - triploid; 4n - tetraploid, 5n - pentaploid, 6n - hexaploid). Bei Tieren und Menschen finden sich in einigen inneren Organen (Leber, Nieren) polyploide Zellen, deren Anzahl mit zunehmendem Alter zunimmt - selektive somatische Polyploidie. Solche Zellen haben eine größere Funktionalität als diploide;
   2. Aneuploidie - eine Änderung der Anzahl der Chromosomen, bei der in einem diploiden Satz ein Chromosom mehr oder weniger als die Norm vorhanden sein kann: 2n ± 1 Chromosomen;
   3. Haploidie - eine Abnahme der Chromosomenzahl in somatischen Zellen auf einen haploiden Satz. Haploide kommen hauptsächlich unter Pflanzen (Stechapfel, Mais, Weizen) vor. Sie zeichnen sich durch ihre geringere Größe, reduzierte Lebensfähigkeit und Unfruchtbarkeit aus.
3. Es gibt spontane und induzierte Mutationen. Spontane Mutationen treten unter dem Einfluss zufälliger mutagener Faktoren auf, deren Dosis und Zeitpunkt nicht streng definiert sind. Die Häufigkeit spontaner Mutationen ist für alle Organismen gleich und beträgt 10 -7 - 10 -5 für ein Gen. Induzierte Mutationen - Mutationen, die durch mutagene Faktoren verursacht werden, die die Häufigkeit spontaner Mutationen erhöhen.
4. Je nach Art der Manifestation werden dominante, semidominante und rezessive Mutationen unterschieden.
   Dominante erscheinen sofort im Phänotyp (z. B. Polydaktylie - Mehrfinger).
   Halbdominante unterdrücken teilweise das rezessive Gen, treten gleichzeitig damit auf und verursachen ein intermediäres Merkmal.
   Rezessive werden als Teil von Heterozygoten von Generation zu Generation weitergegeben und treten nur paarweise mit derselben Mutation in Organismen auf, die für diese Allele homozygot sind.
5. Durch den selektiven Wert (Wert für die Auswahl) werden Mutationen in nützliche und schädliche Mutationen unterteilt.
   Nützliche tragen zur Entwicklung von Eigenschaften bei, die dem Organismus Vorteile beim Überleben und bei der Fortpflanzung verschaffen. Dann werden sie durch Auswahl fixiert.
   Schädlich:
   1. tödlich - den Tod von Organismen verursachen;
   2. halbtödlich - reduziert die Reproduktion stark.
   Sie treten jedoch möglicherweise nicht lange auf und reichern sich als Teil von Heterozygoten im Genpool der Bevölkerung an. Es sollte daran erinnert werden, dass die Wirkung der Manifestation von Mutationen von Umweltfaktoren abhängt. Zum Beispiel hat Drosophila ein legales Gen, dessen Penetranz bei einer Temperatur von +30°C 100% beträgt, d.h. alle Fliegen sterben, bei 0°C - 0%, d.h. Alle Fliegen überleben.

Mutagene Faktoren lässt sich in 3 Gruppen einteilen:

Menschliche Genetik.

Beachten Sie, dass die grundlegenden genetischen Muster von universeller Bedeutung sind. Eine Person als Objekt genetischer Forschung weist jedoch eine große Besonderheit auf, die bestimmte Schwierigkeiten bei der Untersuchung seiner Vererbung und Variabilität mit sich bringt: die Unfähigkeit, die hybridologische Methode anzuwenden,

Beihilfe für Bewerber an Universitäten
Autor Galkin.

Einführung.

Biologie ist die Wissenschaft vom Leben. Dies ist eine Reihe von wissenschaftlichen Disziplinen, die Lebewesen untersuchen. Somit ist das Studienobjekt der Biologie das Leben in all seinen Erscheinungsformen. Was ist Leben? Auf diese Frage gibt es bisher keine vollständige Antwort. Von den vielen Definitionen dieses Konzepts ist hier die beliebteste. Leben ist eine besondere Existenzform und physikalisch-chemischer Zustand von Eiweißkörpern, gekennzeichnet durch eine Spiegelasymmetrie von Aminosäuren und Zuckern, Stoffwechsel, Homöostase, Reizbarkeit, Selbstreproduktion, Selbstverwaltung des Systems, Anpassungsfähigkeit an die Umwelt, Selbstentwicklung , Bewegung im Raum, Informationsübermittlung, physikalische und funktionale Eigenständigkeit einzelner Individuen oder sozialer Konglomerate sowie die relative Unabhängigkeit überorganischer Systeme mit der allgemeinen physikalischen und chemischen Einheit der lebenden Materie der Biosphäre.

Das System der biologischen Disziplinen umfasst die Ausrichtung der Forschung an systematischen Objekten: Mikrobiologie, Zoologie, Botanik, Menschenkunde usw. Die allgemeine Biologie berücksichtigt die breitesten Muster, die das Wesen des Lebens, seine Formen und Entwicklungsmuster offenbaren. Dieser Wissensbereich umfasst traditionell die Lehre von der Entstehung des Lebens auf der Erde, die Lehre von der Zelle, die individuelle Entwicklung der Organismen, die Molekularbiologie, den Darwinismus (Evolutionslehre), die Genetik, die Ökologie, die Lehre von der Biosphäre und die Lehre vom Menschen.

Ursprung des Lebens auf der Erde.

Das Problem der Entstehung des Lebens auf der Erde war und ist neben der Kosmologie und dem Wissen das Hauptproblem, die Struktur der Materie zu finden. Die moderne Wissenschaft hat keine direkten Beweise dafür, wie und wo das Leben entstand. Es gibt nur logische Konstruktionen und indirekte Beweise, die durch Modellversuche gewonnen wurden, und Daten auf dem Gebiet der Paläontologie, Geologie, Astronomie usw.

In der wissenschaftlichen Biologie sind die bekanntesten Hypothesen über die Entstehung des Lebens auf der Erde die Theorie der Panspermie von S. Arrhenius und die von A. I. Oparin vorgeschlagene Theorie der Entstehung des Lebens auf der Erde als Ergebnis einer langen evolutionären Entwicklung der Materie .

Die Theorie der Panspermie war im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert weit verbreitet. Und jetzt hat sie viele Unterstützer.

Nach dieser Theorie wurden Lebewesen aus dem Weltraum auf die Erde gebracht. Besonders weit verbreitet waren Annahmen über das Einbringen von Embryonen lebender Organismen auf die Erde mit Meteoriten oder kosmischem Staub. Bisher versuchen sie in Meteoriten herauszufinden, welche Lebenszeichen vorhanden sind. 1962 berichteten amerikanische Wissenschaftler, 1982 russische Wissenschaftler über die Entdeckung von Überresten von Organismen in Meteoriten. Doch bald zeigte sich, dass es sich bei den gefundenen Gebilden tatsächlich um mineralische Körnchen handelt, die nur optisch biologischen Strukturen ähneln. 1992 erschienen die Arbeiten amerikanischer Wissenschaftler, in denen sie auf der Grundlage einer Untersuchung von in der Antarktis ausgewähltem Material das Vorhandensein von Überresten von Lebewesen, die Bakterien ähneln, in Meteoriten beschreiben. Was diese Entdeckungszeit erwartet, wird sich zeigen. Aber das Interesse an der Theorie der Panspermie hat bis heute nicht nachgelassen.

Die systematische Bearbeitung des Problems der Entstehung des Lebens auf der Erde begann in den 1920er Jahren. 1924 wurde A. I. Oparins Buch „The Origin of Life“ veröffentlicht und 1929 ein Artikel von D. Haldane zum gleichen Thema. Aber wie Haldane später selbst feststellte, konnte man in seinem Artikel kaum etwas Neues finden, was Oparin nicht hatte. Daher kann die Theorie der Entstehung des Lebens auf der Erde als Ergebnis des „biologischen Urknalls“ getrost als Oparin-Theorie und nicht als Oparin-Haldane-Theorie bezeichnet werden.

Nach Oparins Theorie entstand das Leben auf der Erde. Dieser Prozess bestand aus den folgenden Stufen: 1) Organische Substanzen werden aus anorganischen Substanzen gebildet; 2) Es gibt eine schnelle physikalisch-chemische Umlagerung primärer organischer Substanzen. Spiegel asymmetrische organische präbiologische Substanzen unter Bedingungen aktiver vulkanischer Aktivität, hoher Temperatur, Strahlung, verstärkter UV-Strahlung, Gewitter schnell. Bei der Polymerisation linkshändiger Aminosäuren wurden primäre Proteine ​​gebildet. Gleichzeitig entstanden stickstoffhaltige Basen - Nukleotide -; 3) physikalische und chemische Prozesse, die zur Bildung von Koazervattropfen (Koazervaten) beigetragen haben - gelartige Strukturen; 4) die Bildung von Polynukleotiden – DNA und RNA und deren Einschluss in Koazervate; 5) die Bildung eines "Films", der die Koazervate von der Umgebung trennte, was zur Entstehung eines vorbiologischen Systems führte, das ein offenes System war. Hatte die Fähigkeit zur Matrixproteinsynthese und -zersetzung.

In den folgenden Jahren wurde Oparins Theorie vollständig bestätigt. Der große Vorteil einer Theorie besteht darin, dass vieles davon getestet oder logisch mit überprüfbaren Aussagen in Beziehung gesetzt werden kann.

Ein äußerst wichtiger Schritt im Prozess der Entstehung des Lebens war die Umwandlung von anorganischen Kohlenstoffverbindungen in organische. Astronomische Daten haben gezeigt, dass die Bildung organischer Substanzen auch heute noch überall stattfindet, völlig unabhängig vom Leben. Daraus wurde geschlossen, dass eine solche Synthese auf der Erde während der Bildung der Erdkruste stattgefunden hat. Eine Reihe von Synthesearbeiten wurde 1953 von S. Miller begonnen, der eine Reihe von Aminosäuren synthetisierte, indem er eine elektrische Entladung durch ein Gasgemisch leitete, das vermutlich die primäre Atmosphäre bildet (Wasserstoff, Wasserdampf, Ammoniak, Methan). Durch Veränderung einzelner Bestandteile und Einflussfaktoren erhielten verschiedene Wissenschaftler Glycin, Ascarginsäure und andere Aminosäuren. 1963 erhielten Wissenschaftler durch Modellierung der Bedingungen der alten Atmosphäre einzelne Polypeptide mit einem Molekulargewicht von 3000-9000. In den letzten Jahren wurden die chemische Zusammensetzung, die physikalisch-chemischen Eigenschaften und der Mechanismus der Bildung von Koazervattropfen am Institut für Biochemie der Russischen Akademie der Wissenschaften und der Staatlichen Universität Moskau eingehend untersucht. Es wurde gezeigt, dass gleichzeitig mit dem allgemeinen Evolutionsprozess präbiologischer Systeme deren Umwandlung in spezialisiertere Strukturen stattfand.

Und hier wird deutlich, dass die natürliche Selektion in Zukunft zur Entstehung einer Zelle führen soll – einer elementaren baulichen und funktionellen Einheit eines lebenden Organismus.

Die Hauptmerkmale des Wohnens.

Die Fähigkeit sich zu bewegen. Deutlich sichtbare Zeichen bei Tieren, von denen sich viele aktiv bewegen können. Bei den einfachsten Bewegungsorganen handelt es sich um Flagellen, Zilien usw. Bei organisierteren Tieren treten Gliedmaßen auf. Pflanzen haben auch die Fähigkeit, sich zu bewegen. Die einzellige Alge Chlamydomonas hat Geißeln. Ausbreitung von Sporen, Verbreitung von Samen, Bewegung im Raum mit Hilfe von Rhizomen sind alles Varianten der Bewegung.

Die Fähigkeit zu wachsen. Alle Lebewesen können durch Dehnung, Zellteilung usw. an Größe und Masse zunehmen.

Ernährung, Atmung, Ausscheidung sind die Prozesse, durch die der Stoffwechsel sichergestellt wird.

Reizbarkeit ist die Fähigkeit, auf äußere Einflüsse zu reagieren und Antworten zu geben.

Fortpflanzung und das damit verbundene Phänomen der Variabilität und Vererbung sind das charakteristischste Merkmal des Lebendigen. Jeder lebende Organismus produziert seine eigene Art. Die Nachkommen behalten die Eigenschaften ihrer Eltern und erwerben Eigenschaften, die nur für sie charakteristisch sind.

Die Kombination dieser Merkmale charakterisiert zweifellos das Lebende als Stoffwechsel, Reizbarkeit und Reproduktionsfähigkeit bildendes System, wobei zu bedenken ist, dass der Begriff des Wohnens viel komplizierter ist (siehe Einleitung).

Ebenen der Lebensorganisation.

Die Organisationsebene ist der funktionale Ort der biologischen Struktur eines bestimmten Komplexitätsgrades im allgemeinen "System der Systeme" des Lebendigen. Üblicherweise werden molekulare (molekulargenetische), zelluläre, organismische, populationsartige, biozönotische, biosphärische Organisationsebenen unterschieden.

Die elementare und funktionelle Einheit des Lebens ist die Zelle. Eine Zelle hat fast alle Hauptmerkmale eines Lebewesens, im Gegensatz zu den sogenannten nicht-zellulären Organismen (z. B. Viren), die auf molekularer Ebene existieren.

Der Organismus ist ein echter Lebensträger, der sich durch all seine Bioeigenschaften auszeichnet.

Eine Art ist eine Gruppe von Individuen, die in Struktur und Herkunft ähnlich sind.

Biozönose ist eine miteinander verbundene Gruppe von Arten, die ein mehr oder weniger homogenes Land- oder Wassergebiet bewohnen.

Die Biosphäre ist die Gesamtheit aller Biozönosen der Erde.

Methoden für das Studium der Biologie.

Die Methoden der modernen Biologie werden von ihren Aufgaben bestimmt. Eine der Hauptaufgaben der Biologie ist die Kenntnis der Welt der Lebewesen um uns herum. Die Methoden der modernen Biologie zielen speziell darauf ab, dieses Problem zu untersuchen.

Wissenschaftliche Forschung beginnt in der Regel mit Beobachtungen. Diese Methode zur Untersuchung biologischer Objekte wird seit Beginn der sinnvollen Existenz des Menschen angewendet. Mit dieser Methode können Sie sich eine Vorstellung vom untersuchten Objekt machen und Material für die weitere Arbeit sammeln.

Beobachtung war die Hauptmethode in der beschreibenden Periode der Entwicklung der Biologie. Basierend auf den Beobachtungen wird eine Hypothese aufgestellt.

Die nächsten Schritte beim Studium biologischer Objekte sind mit dem Experiment verbunden.

Sie wurde zur Grundlage für den Übergang der Biologie von der beschreibenden Wissenschaft zur experimentellen Wissenschaft. Das Experiment ermöglicht es Ihnen, die Ergebnisse von Beobachtungen zu überprüfen und Daten zu erhalten, die in der ersten Phase der Studie nicht erhalten werden können.

Ein echtes wissenschaftliches Experiment muss von einem Kontrollexperiment begleitet werden.

Das Experiment muss reproduzierbar sein. Dies wird es ermöglichen, zuverlässige Daten zu erhalten und Daten mit einem Computer zu verarbeiten.

In den letzten Jahren wurde die Modellierungsmethode in der Biologie weit verbreitet. Die Erstellung mathematischer Modelle von Phänomenen und Prozessen wurde mit der weit verbreiteten Einführung von Computern in der biologischen Forschung möglich.

Ein Beispiel ist der Algorithmus zur Untersuchung der Art einer Pflanze. In der ersten Phase untersucht der Forscher die Anzeichen des Organismus. Die Ergebnisse der Beobachtung werden in einem speziellen Tagebuch festgehalten. Basierend auf der Identifizierung aller verfügbaren Merkmale wird eine Hypothese aufgestellt, dass der Organismus zu einer bestimmten Art gehört. Die Richtigkeit der Hypothese wird experimentell bestimmt. In dem Wissen, dass sich Vertreter derselben Art frei kreuzen und fruchtbare Nachkommen hervorbringen, züchtet der Forscher einen Organismus aus Samen, die dem untersuchten Individuum entnommen wurden, und kreuzt den gewachsenen Organismus mit einem Referenzorganismus, dessen Artzugehörigkeit im Voraus festgelegt wurde. Wenn als Ergebnis dieses Experiments Samen gewonnen werden, aus denen sich ein lebensfähiger Organismus entwickelt, gilt die Hypothese als bestätigt.

Vielfalt der organischen Welt.

Die Vielfalt, wie auch die Vielfalt des Lebens auf der Erde, wird von der Systematik untersucht – dem wichtigsten Teilgebiet der Biologie.

Ein Spiegelbild der Vielfalt des Lebens auf der Erde sind Organismensysteme. Auf der Erde leben Vertreter von drei Gruppen von Organismen: Viren, Prokaryoten, Eukaryoten.

Viren sind Organismen, die keine Zellstruktur haben. Prokaryoten und Eukaryoten sind Organismen, deren Hauptstruktureinheit die Zelle ist. Prokaryotische Zellen haben keinen wohlgeformten Zellkern. Bei Eukaryoten hat die Zelle einen echten Kern, in dem das Kernmaterial durch eine Zweimembranmembran vom Zytoplasma getrennt ist.

Zu den Prokaryoten gehören Bakterien und Blaualgen. Bakterien sind einzellige, meist heterozygote Organismen. Blaualgen sind Einzeller, Kolonien oder Vielzeller mit gemischter Ernährung. Blaugrüne Zellen haben Chlorophyll, das für autotrophe Ernährung sorgt, aber Blaugrüne können fertige organische Substanzen aufnehmen, aus denen sie ihre eigenen makromolekularen Substanzen aufbauen. Innerhalb der Eukaryoten gibt es drei Königreiche: Pilze, Pflanzen und Tiere. Pilze sind heterotrophe Organismen, deren Körper durch das Myzel repräsentiert wird. Eine besondere Gruppe von Pilzen sind Flechten, bei denen Pilzsymbionten einzellige oder blaugrüne Algen sind.

Pflanzen sind in erster Linie autotrophe Organismen.

Tiere sind heterozygote Eukaryoten.

Lebende Organismen auf der Erde existieren im Zustand von Gemeinschaften - Biozönosen.

Die eigentliche Beziehung von Viren zu Organismen ist umstritten, da sie sich außerhalb der Zelle nicht vermehren können und keine Zellstruktur haben. Und doch glauben die meisten Biologen, dass Viren die kleinsten lebenden Organismen sind.

Der russische Botaniker D. I. Ivanovsky gilt als Entdecker der Viren, aber erst mit der Erfindung des Elektronenmikroskops wurde es möglich, die Struktur dieser mysteriösen Strukturen zu studieren. Viren sind sehr einfach. Der „Kern“ des Virus stellt ein DNA- oder RNA-Molekül dar. Dieser „Kern“ ist von einer Proteinhülle umgeben. Einige Viren entwickeln eine Lipoproteinhülle, die aus der Zytoplasmamembran der Wirtszelle entsteht.

Sobald sie sich in der Zelle befinden, erwerben Viren die Fähigkeit, sich selbst zu reproduzieren. Gleichzeitig „schalten“ sie die Wirts-DNA ab und geben mit ihrer Nukleinsäure den Befehl, neue Kopien des Virus zu synthetisieren. Viren können die Zellen aller Organismengruppen „angreifen“. Viren, die Bakterien "angreifen", erhalten einen speziellen Namen - Bakteriophagen.

Die Bedeutung von Viren in der Natur hängt mit ihrer Fähigkeit zusammen, verschiedene Krankheiten zu verursachen. Dies ist das Mosaik aus Blättern, Grippe, Pocken, Masern, Kinderlähmung, Mumps und der „Pest“ des zwanzigsten Jahrhunderts – AIDS.

Die Methode der Übertragung von Viren erfolgt durch Tröpfchenflüssigkeit, durch Kontakt, mit Hilfe von Trägern (Flöhe, Ratten, Mäuse usw.), durch Kot und Lebensmittel.

Erworbenes Immunschwächesyndrom (AIDS). AIDS-Virus.

AIDS ist eine Infektionskrankheit, die durch ein RNA-Virus verursacht wird. Das AIDS-Virus hat eine stäbchenförmige oder ovale oder runde Form. Im letzteren Fall erreicht sein Durchmesser 140 nm. Das Virus besteht aus RNA, einem Revartase-Enzym, zwei Arten von Proteinen, zwei Arten von Glykoproteinen und Lipiden, die die äußere Membran bilden. Das Enzym katalysiert die Reaktion der DNA-Strangsynthese auf der viralen RNA-Matrize in einer virusbefallenen Zelle. Das AIDS-Virus wird auf T-Lymphozyten exprimiert.

Das Virus ist gegenüber der Umwelt instabil und gegenüber vielen Antiseptika empfindlich. Die infektiöse Aktivität des Virus wird um das 1000-fache reduziert, wenn es 30 Minuten lang auf eine Temperatur von 56 ° C erhitzt wird.

Die Krankheit wird sexuell oder durch Blut übertragen. Eine Ansteckung mit AIDS verläuft in der Regel tödlich!

Grundlagen der Zytologie.

Grundbestimmungen der Zelltheorie.

Der Käfig wurde in der zweiten Hälfte des 17. Jahrhunderts entdeckt. Besonders stark entwickelte sich die Erforschung der Zelle in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts im Zusammenhang mit der Entstehung der Zelltheorie. Die zelluläre Ebene der Forschung ist zum Leitbild der wichtigsten biologischen Disziplinen geworden. In der Biologie hat sich eine neue Sektion herausgebildet - die Zytologie. Das Untersuchungsobjekt der Zytologie sind die Zellen mehrzelliger Organismen sowie Organismen, deren Körper durch eine einzelne Zelle dargestellt wird. Die Zytologie untersucht die Struktur, die chemische Zusammensetzung, die Art ihrer Reproduktion und die adaptiven Eigenschaften.

Die theoretische Grundlage der Zytologie ist die Zelltheorie. Die Zelltheorie wurde 1838 von T. Schwann formuliert, obwohl die ersten beiden Bestimmungen der Zelltheorie M. Schleiden gehören, der Pflanzenzellen untersuchte. T. Schwann, ein bekannter Spezialist für die Struktur tierischer Zellen, kam 1838 auf der Grundlage der Daten der Arbeiten von M. Schleiden und der Ergebnisse seiner eigenen Forschung zu folgenden Schlussfolgerungen:

Die Zelle ist die kleinste strukturelle Einheit lebender Organismen.

Zellen entstehen durch die Aktivität lebender Organismen.

Tier- und Pflanzenzellen haben mehr Gemeinsamkeiten als Unterschiede.

Die Zellen vielzelliger Organismen sind strukturell und funktionell miteinander verbunden.

Das weitere Studium der Struktur und der Lebenstätigkeit ermöglichte es, viel darüber zu lernen. Dies wurde durch die Perfektion der mikroskopischen Techniken, Forschungsmethoden und die Ankunft vieler talentierter Forscher in der Zytologie erleichtert. Die Struktur des Kerns wurde im Detail untersucht, eine zytologische Analyse so wichtiger biologischer Prozesse wie Mitose, Meiose und Befruchtung wurde durchgeführt. Die Mikrostruktur der Zelle selbst wurde bekannt. Zellorganellen wurden entdeckt und beschrieben. Das zytologische Forschungsprogramm des 20. Jahrhunderts stellte sich die Aufgabe, die Eigenschaften der Zelle aufzuklären und genauer zu unterscheiden. Daher wurde der Untersuchung der chemischen Zusammensetzung der Zelle und des Mechanismus, durch den die Zelle Substanzen aus der Umgebung aufnimmt, besondere Aufmerksamkeit geschenkt.

All diese Studien ermöglichten es, die Bestimmungen der Zelltheorie zu multiplizieren und zu erweitern, deren Hauptpostulate derzeit so aussehen:

Die Zelle ist die Grund- und Struktureinheit aller lebenden Organismen.

Zellen entstehen nur aus Zellen durch Teilung.

Die Zellen aller Organismen sind in Struktur, chemischer Zusammensetzung und grundlegenden physiologischen Funktionen ähnlich.

Die Zellen vielzelliger Organismen bilden einen einzigen funktionellen Komplex.

Zellen höherer Pflanzen und Tiere bilden funktionell verwandte Gruppen - Gewebe; Organe, aus denen der Körper besteht, werden aus Geweben gebildet.

Strukturmerkmale prokaryotischer und eukaryotischer Zellen.

Prokaryoten sind die ältesten Organismen, die ein unabhängiges Reich bilden. Zu den Prokaryoten gehören Bakterien, blaugrüne "Algen" und eine Reihe anderer kleiner Gruppen.

Prokaryotische Zellen haben keinen ausgeprägten Zellkern. Der genetische Apparat wird vorgestellt. besteht aus ringförmiger DNA. Es gibt keine Mitochondrien und den Golgi-Apparat in der Zelle.

Eukaryoten sind Organismen, die einen echten Kern haben. Zu den Eukaryolten gehören Vertreter des Pflanzenreichs, des Tierreichs und des Pilzreichs.

Eukaryotische Zellen sind normalerweise größer als prokaryotische Zellen und in separate Strukturelemente unterteilt. An ein Protein gebundene DNA bildet Chromosomen, die sich im Kern befinden, von einer Kernhülle umgeben und mit Karyoplasma gefüllt sind. Die Aufteilung eukaryotischer Zellen in Strukturelemente erfolgt über biologische Membranen.

eukaryotische Zellen. Aufbau und Funktionen.

Eukaryoten umfassen Pflanzen, Tiere, Pilze.

Die Struktur von Pflanzen- und Pilzzellen wird im Botanikabschnitt "Handbücher für Bewerber an Universitäten", zusammengestellt von M. A. Galkin, ausführlich behandelt.

In diesem Handbuch werden wir auf die besonderen Merkmale tierischer Zellen hinweisen, basierend auf einer der Bestimmungen der Zelltheorie. „Es gibt mehr Ähnlichkeiten zwischen pflanzlichen und tierischen Zellen als Unterschiede.“

Tierische Zellen haben keine Zellwand. Es wird durch einen nackten Protoplasten dargestellt. Die Grenzschicht einer tierischen Zelle - die Glykokalyx ist die obere Schicht der Zytoplasmamembran, die durch Polysaccharidmoleküle, die Teil der Interzellularsubstanz sind, als in der Zelle "verstärkt" wird.

Mitochondrien haben gefaltete Cristae.

Tierische Zellen haben ein Zellzentrum, das aus zwei Zentriolen besteht. Dies deutet darauf hin, dass jede tierische Zelle potenziell teilungsfähig ist.

Der Einschluss in eine tierische Zelle wird in Form von Körnern und Tropfen (Proteine, Fette, Kohlenhydratglykogen), Endprodukten des Stoffwechsels, Salzkristallen, Pigmenten präsentiert.

In tierischen Zellen können kontraktile Verdauungs- und Ausscheidungsvakuolen kleiner Größe vorhanden sein.

Es gibt keine Plastiden in den Zellen, Einschlüsse in Form von Stärkekörnern, Körnern, großen mit Saft gefüllten Vakuolen.

Zellteilung.

Eine Zelle entsteht erst durch Teilung aus einer Zelle. Eukaryotische Zellen teilen sich je nach Art der Mitose oder je nach Art der Meiose. Beide Bereiche gehen in drei Stufen vor:

Die Teilung von Pflanzenzellen nach Art der Mitose und nach Art der Meiose ist im Abschnitt "Botanik" des von M. A. Galkin zusammengestellten Handbuchs für Studienbewerber an Universitäten ausführlich beschrieben.

Hier geben wir nur die Teilungsmerkmale tierischer Zellen an.

Merkmale der Teilung in tierischen Zellen sind mit dem Fehlen einer Zellwand in ihnen verbunden. Bei der Teilung einer Zelle nach Art der Mitose in der Zytokinese erfolgt bereits im ersten Stadium die Abspaltung von Tochterzellen: Bei Pflanzen entstehen Tochterzellen unter dem Schutz der Zellwand der Mutterzelle, die erst danach zerstört wird Aussehen der primären Zellwand in den Tochterzellen. Wenn sich eine Zelle gemäß der Art der Meiose bei Tieren teilt, erfolgt die Teilung bereits in der Telophase 1. Bei Pflanzen endet in der Telophase 1 die Bildung einer zweikernigen Zelle.

Der Bildung der Teilungsspindel in Telophase eins geht die Divergenz der Zentriolen zu den Polen der Zelle voraus. Aus den Zentriolen beginnt die Bildung von Spindelfilamenten. In Pflanzen beginnen sich Spindelfilamente aus Polclustern von Mikrotubuli zu bilden.

Zellbewegung. Organellen der Bewegung.

Lebende Organismen, die aus einer Zelle bestehen, haben oft die Fähigkeit, sich aktiv zu bewegen. Die im Laufe der Evolution entstandenen Bewegungsmechanismen sind sehr vielfältig. Die Hauptbewegungsformen sind - amöboide und mit Hilfe von Flagellen. Darüber hinaus können sich Zellen bewegen, indem sie Schleim absondern oder indem sie die Hauptsubstanz des Zytoplasmas bewegen.

Die Amöbenbewegung hat ihren Namen von dem einfachsten Organismus - der Amöbe. Die Bewegungsorgane in der Amöbe sind falsche Beine - Pseudoähnlichkeit, die Vorsprünge des Zytoplasmas sind. Sie werden an verschiedenen Stellen auf der Oberfläche des Zytoplasmas gebildet. Sie können verschwinden und an anderer Stelle wieder auftauchen.

Bewegung mit Hilfe von Flagellen ist charakteristisch für viele einzellige Algen (z. B. Chlamydomonas), Protozoen (z. B. grüne Euglena) und Bakterien. Die Bewegungsorgane dieser Organismen sind Flagellen - zytoplasmatische Auswüchse auf der Oberfläche des Zytoplasmas.

Die chemische Zusammensetzung der Zelle.

Die chemische Zusammensetzung der Zelle ist eng mit den Merkmalen der Struktur und Funktionsweise dieser elementaren und funktionellen Einheit des Lebendigen verbunden.

Neben der Morphologie ist die chemische Zusammensetzung des Protoplasten die häufigste und universellste für Zellen von Vertretern aller Königreiche. Letzteres enthält etwa 80 % Wasser, 10 % organische Stoffe und 1 % Salze. Die Hauptrolle bei der Bildung des Protoplasten spielen dabei vor allem Proteine, Nukleinsäuren, Lipide und Kohlenhydrate.

Entsprechend der Zusammensetzung der chemischen Elemente ist der Protoplast äußerst komplex. Es enthält sowohl Substanzen mit kleinem Molekulargewicht als auch Substanzen mit großem Molekül. Der Protoplast besteht zu 80 % aus hochmolekularen Stoffen und nur zu 30 % aus niedermolekularen Verbindungen. Gleichzeitig gibt es für jedes Makromolekül Hunderte und für jedes große Makromolekül Tausende und Zehntausende von Molekülen.

Wenn wir den Gehalt an chemischen Elementen in der Zelle betrachten, sollte Sauerstoff an erster Stelle stehen (65-25%). Als nächstes kommen Kohlenstoff (15–20 %), Wasserstoff (8–10 %) und Stickstoff (2–3 %). Die Zahl der anderen Elemente, von denen etwa hundert in den Zellen gefunden wurden, ist viel geringer. Die Zusammensetzung der chemischen Elemente in einer Zelle hängt sowohl von den biologischen Eigenschaften des Organismus als auch vom Lebensraum ab.

Anorganische Substanzen und ihre Rolle im Leben der Zelle.

Zu den anorganischen Stoffen der Zelle gehören Wasser und Salze. Für die Lebensprozesse sind von den Kationen, aus denen die Salze bestehen, die wichtigsten K, Ca, Mg, Fe, Na, NH, von den Anionen NO, HPO, HPO.

Ammonium- und Nitrationen werden in Pflanzenzellen zu NH reduziert und in die Synthese von Aminosäuren einbezogen; Bei Tieren werden Aminosäuren zum Aufbau ihrer eigenen Proteine ​​verwendet. Wenn Organismen absterben, werden sie in Form von freiem Stickstoff in den Stoffkreislauf aufgenommen. Sie sind Bestandteil von Proteinen, Aminosäuren, Nukleinsäuren und ATP. Im Boden befindliche Phosphorphosphate werden durch die Wurzelsekrete der Pflanzen gelöst und resorbiert. Sie sind Bestandteil aller Membranstrukturen, Nukleinsäuren und ATP, Enzyme, Gewebe.

Kalium kommt in allen Zellen in Form von K-Ionen vor, die „Kaliumpumpe“ der Zelle fördert das Eindringen von Stoffen durch die Zellmembran. Es aktiviert die lebenswichtigen Prozesse der Zellen, Erregungen und Impulse.

Calcium kommt in Zellen in Form von Ionen oder Salzkristallen vor. Im Blut enthalten trägt zu seiner Gerinnung bei. Enthalten in den Knochen, Muscheln, Kalkskeletten von Korallenpolypen.

Magnesium kommt in Form von Ionen in Pflanzenzellen vor. Im Chlorophyll enthalten.

Eisenionen sind Teil des in roten Blutkörperchen enthaltenen Hämoglobins, das für den Sauerstofftransport sorgt.

Natriumionen sind am Stofftransport durch die Membran beteiligt.

An erster Stelle unter den Stoffen, aus denen die Zelle besteht, steht Wasser. Es ist in der Hauptsubstanz des Zytoplasmas, im Zellsaft, im Karyoplasma, in Organellen enthalten. Tritt in Synthese-, Hydrolyse- und Oxidationsreaktionen ein. Es ist ein universelles Lösungsmittel und eine Sauerstoffquelle. Wasser sorgt für Turgor, reguliert den osmotischen Druck. Schließlich ist es ein Medium für in der Zelle ablaufende physiologische und biochemische Prozesse. Mit Hilfe von Wasser wird der Stofftransport durch die biologische Membran, der Prozess der Thermoregulation etc. sichergestellt.

An der Bildung der Protoplastenstruktur ist Wasser mit anderen Bestandteilen - organisch und anorganisch, hoch- und niedermolekular - beteiligt.

Organische Substanzen (Proteine, Kohlenhydrate, Lipide, Nukleinsäuren, ATP), ihre Struktur und Rolle im Leben der Zelle.

Die Zelle ist die elementare Struktur, in der alle Hauptstufen des biologischen Stoffwechsels ablaufen und alle chemischen Hauptbestandteile der lebenden Materie enthalten sind. 80% des Gewichts des Protoplasten bestehen aus makromolekularen Substanzen - Proteinen, Kohlenhydraten, Lipiden, Nukleinsäuren.

Unter den Hauptbestandteilen des Protoplasmas gehört das Protein zu den führenden Werten. Das Protein-Makromolekül hat die komplexeste Zusammensetzung und Struktur und ist durch eine äußerst reiche Manifestation chemischer und physikalisch-chemischer Eigenschaften gekennzeichnet. Es enthält eine der wichtigsten Eigenschaften lebender Materie - biologische Spezifität.

Aminosäuren sind die Hauptbausteine ​​eines Proteinmoleküls. Die Moleküle der meisten Aminosäuren enthalten jeweils eine Carboxyl- und eine Amingruppe. Aminosäuren in einem Protein sind durch Peptidbindungen aufgrund von Carboxyl- und -Amingruppen miteinander verbunden, das heißt, ein Protein ist ein Polymer, dessen Monomer Aminosäuren sind. Die Proteine ​​lebender Organismen bestehen aus zwanzig „goldenen“ Aminosäuren.

Die Gruppe von Peptidbindungen, die eine Kette von Aminosäureresten vereint, bildet eine Peptidkette – eine Art Rückgrat von Polypeptidmolekülen.

In einem Proteinmakromolekül werden mehrere Strukturordnungen unterschieden - primär, sekundär, tertiär. Die Primärstruktur eines Proteins wird durch die Abfolge der Aminosäurereste bestimmt. Die Sekundärstruktur von Polypeptidketten ist eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Helix. Die räumliche Orientierung dieser Helices oder die Kombination mehrerer Polypeptide bilden ein System höherer Ordnung – eine für die Moleküle vieler Proteine ​​charakteristische Tertiärstruktur. Für große Proteinmoleküle sind solche Strukturen nur Untereinheiten, deren gegenseitige räumliche Anordnung eine Quartärstruktur darstellt.

Physiologisch aktive Proteine ​​haben eine kugelförmige Struktur wie eine Spirale oder einen Zylinder.

Die Aminosäuresequenz und -struktur bestimmen die Eigenschaften des Proteins, und die Eigenschaften bestimmen die Funktion. Es gibt Proteine, die in Wasser unlöslich sind, und es gibt Proteine, die in Wasser frei löslich sind. Es gibt Proteine, die nur in schwachen Lösungen von Alkali oder 60-80% Alkohol löslich sind. Proteine ​​unterscheiden sich auch im Molekulargewicht und damit in der Größe der Polypeptidkette. Ein Proteinmolekül kann unter dem Einfluss bestimmter Faktoren brechen oder sich abwickeln. Dieses Phänomen wird als Denaturierung bezeichnet. Der Prozess der Denaturierung ist reversibel, d. h. das Protein kann seine Eigenschaften verändern.

Die Funktionen von Proteinen in der Zelle sind vielfältig. Das sind zunächst einmal Baufunktionen – das Eiweiß ist Teil der Membranen. Proteine ​​wirken als Katalysatoren. Sie beschleunigen Reaktionen. Zelluläre Katalysatoren werden Enzyme genannt. Proteine ​​erfüllen auch eine Transportfunktion. Ein Paradebeispiel ist Hämoglobin, ein Sauerstoffträger. Die Schutzfunktion von Proteinen ist bekannt. Erinnern Sie sich an die Bildung von Substanzen in Zellen, die Substanzen binden und neutralisieren, die der Zelle schaden können. Obwohl unbedeutend, erfüllen Proteine ​​eine Energiefunktion. Sie zerfallen in Aminosäuren und setzen Energie frei.

Etwa 1 % der Trockenmasse der Zelle sind Kohlenhydrate. Kohlenhydrate werden in einfache Zucker, Kohlenhydrate mit niedrigem Molekulargewicht und Zucker mit hohem Molekulargewicht unterteilt. Alle Arten von Kohlenhydraten enthalten Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatome.

Einfache Zucker oder Monosen werden nach der Anzahl der Kohlenstoffeinheiten im Molekül in Pentosen und Heptosen eingeteilt. Von den niedermolekularen Kohlenhydraten in der Natur sind Saccharose, Maltose und Laktose am weitesten verbreitet. Kohlenhydrate mit hohem Molekulargewicht werden in einfache und komplexe Kohlenhydrate unterteilt. Einfach sind Polysaccharide, deren Moleküle aus Resten einer beliebigen Monose bestehen. Dies sind Stärke, Glykogen, Zellulose. Komplexe umfassen Pektin, Schleim. Die Zusammensetzung komplexer Kohlenhydrate umfasst neben Monosen auch die Produkte ihrer Oxidation und Reduktion.

Kohlenhydrate erfüllen eine aufbauende Funktion und bilden die Grundlage der Zellwand. Aber die Hauptfunktion von Kohlenhydraten ist Energie. Wenn komplexe Kohlenhydrate in einfache Kohlenhydrate und einfache in Kohlendioxid und Wasser zerlegt werden, wird eine erhebliche Menge an Energie freigesetzt.

Alle tierischen und pflanzlichen Zellen enthalten Lipide. Lipide umfassen Substanzen unterschiedlicher chemischer Natur, aber mit gemeinsamen physikalischen und chemischen Eigenschaften, nämlich: Unlöslichkeit in Wasser und gute Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln - Ether, Benzol, Benzin, Chloroform.

Lipide werden nach chemischer Zusammensetzung und Struktur in Phospholipide, Sulfolipide, Sterole, fettlösliche Pigmente, Fette und Wachse eingeteilt. Lipidmoleküle sind reich an hydrophoben Resten und Gruppen.

Die Aufbaufunktion von Lipiden ist groß. Der Großteil biologischer Membranen besteht aus Lipiden. Beim Abbau von Fetten wird viel Energie freigesetzt. Zu den Lipiden gehören einige Vitamine (A, D). Lipide üben bei Tieren eine Schutzfunktion aus. Sie lagern sich unter der Haut ab und bilden eine Schicht mit geringer Wärmeleitfähigkeit. Das Fett des Kamels ist die Wasserquelle. Ein Kilogramm Fett oxidiert zu einem Kilogramm Wasser.

Nukleinsäuren spielen wie Proteine ​​eine führende Rolle im Stoffwechsel und der molekularen Organisation lebender Materie. Sie sind mit der Proteinsynthese, dem Zellwachstum und der Zellteilung, der Bildung von Zellstrukturen und folglich der Bildung und Vererbung des Körpers verbunden.

Nukleinsäuren enthalten drei Grundbausteine: Phosphorsäure, ein Kohlenhydrat vom Pentosetyp, und stickstoffhaltige Basen; Wenn sie kombiniert werden, bilden sie Nukleotide. Nukleinsäuren sind Polynukleotide, also Polymerisationsprodukte einer Vielzahl von Nukleotiden. In Nukleotiden sind Strukturelemente in der folgenden Reihenfolge verbunden: Phosphorsäure - Pentose - Stickstoffbase. Gleichzeitig ist Pentose über eine Etherbindung mit Phosphorsäure und über eine Glucosidbindung mit einer Base verbunden. Die Verbindung zwischen den Nukleotiden in der Nukleinsäure erfolgt durch Phosphorsäure, deren freie Radikale die sauren Eigenschaften von Nukleinsäuren bewirken.

In der Natur gibt es zwei Arten von Nukleinsäuren – Ribonukleinsäure und Desoxyribonukleinsäure (RNA und DNA). Sie unterscheiden sich in der Kohlenstoffkomponente und dem Satz stickstoffhaltiger Basen.

RNA enthält Ribose als Kohlenstoffkomponente, DNA enthält Desoxyribose.

Die stickstoffhaltigen Basen von Nukleinsäuren sind Derivate von Purin und Pyramidin. Zu ersteren gehören Adenin und Guanin, die essentielle Bestandteile von Nukleinsäuren sind. Pyramidinderivate sind Cytosin, Thymin, Uracil. Von diesen wird für beide Nukleinsäuren nur Cytosin benötigt. Was Thymin und Uracil betrifft, so ist ersteres charakteristisch für DNA, letzteres für RNA. Je nach Vorhandensein einer stickstoffhaltigen Base werden Nukleotide als Adenin, Cytosyl, Guanin, Thymin, Uracil bezeichnet.

Die strukturelle Struktur von Nukleinsäuren wurde nach der größten Entdeckung bekannt, die 1953 von Watson und Crick gemacht wurde.

Das DNA-Molekül besteht aus zwei spiralförmigen Polynukleotidketten, die um eine gemeinsame Achse verdreht sind. Diese Ketten stehen sich mit stickstoffhaltigen Basen gegenüber. Letztere halten beide Ketten im gesamten Molekül zusammen. In einem DNA-Molekül sind nur zwei Kombinationen möglich: Adenin mit Thymin und Guanin mit Cytosin. Entlang der Helix werden im Makromolekül zwei "Rillen" gebildet - eine kleine, die sich zwischen zwei Polynukleotidketten befindet, die andere - eine große - stellt eine Öffnung zwischen den Windungen dar. Der Abstand zwischen den Basenpaaren entlang der Achse des DNA-Moleküls beträgt 3,4 A. In eine Windung der Helix passen jeweils 10 Nukleotidpaare, die Länge einer Windung beträgt 3,4 A. Der Querschnittsdurchmesser der Helix beträgt 20 A. DNA in Eukaryoten ist im Zellkern enthalten, wo sie Teil der Chromosomen ist, und im Zytoplasma, wo sie in Mitochondrien und Chloroplasten gefunden wird.

Eine besondere Eigenschaft der DNA ist ihre Fähigkeit, sich selbst zu vervielfältigen - dieser Prozess der Selbstreproduktion bestimmt die Übertragung erblicher Eigenschaften von der Mutterzelle auf die Tochterzelle.

Der Synthese von DNA geht der Übergang ihrer Struktur von doppelsträngig zu einzelsträngig voraus. Danach wird an jeder Polynukleotidkette, wenn eine neue Polynukleotidkette auf der Matrix gebildet wird, die Nukleotidsequenz, in der sie der ursprünglichen entspricht, eine solche Sequenz durch das Prinzip der Basenkomplementarität bestimmt. Gegen jedes A steht T, gegen C - G.

Ribonukleinsäure (RNA) ist ein Polymer, dessen Monomere Ribonukleotide sind: Adenin, Cytosin, Guanin, Uracil.

Derzeit gibt es drei Arten von RNA – strukturelle, lösliche oder Transport-, Informations-. Strukturelle RNA wird hauptsächlich in Ribosomen gefunden. Daher wird es als ribosomale RNA bezeichnet. Es macht bis zu 80 % der gesamten Zell-RNA aus. Transfer-RNA besteht aus 80-80 Nukleotiden. Es befindet sich in der Hauptsubstanz des Zytoplasmas. Es macht ungefähr 10-15% aller RNA aus. Es spielt die Rolle eines Transporters von Aminosäuren zu den Ribosomen, wo die Proteinsynthese stattfindet. Messenger-RNA ist nicht sehr homogen; es kann ein Molekulargewicht von 300.000 bis 2 Millionen oder mehr haben und ist extrem metabolisch aktiv. Boten-RNA wird kontinuierlich im Kern auf DNA gebildet, die die Rolle einer Matrize spielt, und wird zu Ribosomen geschickt, wo sie an der Proteinsynthese teilnimmt. In diesem Zusammenhang wird Boten-RNA als Boten-RNA bezeichnet. Es macht 10-5% der Gesamtmenge an RNA aus.

Unter den organischen Substanzen der Zelle nimmt die Adenintriphosphorsäure eine besondere Stellung ein. Es enthält drei bekannte Komponenten: die stickstoffhaltige Base Adenin, Kohlenhydrat (Ribose) und Phosphorsäure. Ein Merkmal der Struktur von ATP ist das Vorhandensein von zwei zusätzlichen Phosphatgruppen, die an den bereits vorhandenen Phosphorsäurerest gebunden sind, was zur Bildung von energiereichen Bindungen führt. Solche Verbindungen werden makroenergetisch genannt. Eine Makroenergiebindung in einem Grammmolekül einer Substanz enthält bis zu 16.000 Kalorien. ATP und ADP werden während der Atmung durch die beim oxidativen Abbau von Kohlenhydraten, Fetten etc. freigesetzte Energie gebildet. Der umgekehrte Prozess, also der Übergang von ATP zu ADP, geht mit der Freisetzung von Energie einher, die direkt im Leben verwendet wird Prozesse - in Synthesesubstanzen, in der Bewegung der Grundsubstanz des Zytoplasmas, in der Erregungsleitung usw. ATP ist eine einzige und universelle Energiequelle, die die Zelle versorgt. Wie in den letzten Jahren bekannt geworden ist, sind ATP und ADP, AMP das Ausgangsmaterial für die Bildung von Nukleinsäuren.

Regulatorische und Signalstoffe.

Proteine ​​haben eine Reihe bemerkenswerter Eigenschaften.

Enzyme. Die meisten Assimilations- und Dissimilationsreaktionen im Körper finden unter Beteiligung von Enzymen statt - Proteinen, die biologische Katalysatoren sind. Derzeit ist die Existenz von etwa 700 Enzymen bekannt. Alle von ihnen sind einfache oder komplexe Proteine. Letztere bestehen aus Protein und Coenzym. Coenzyme sind verschiedene physiologisch aktive Substanzen oder ihre Derivate - Nukleotide, Flavine usw.

Enzyme zeichnen sich durch eine extrem hohe Aktivität aus, die stark vom pH-Wert des Mediums abhängt. Für Enzyme ist ihre Spezifität am charakteristischsten. Jedes Enzym kann nur einen genau definierten Reaktionstyp regulieren.

Somit wirken Enzyme als Beschleuniger und Regulatoren fast aller biochemischen Prozesse in der Zelle und im Körper.

Hormone sind die Geheimnisse der endokrinen Drüsen. Hormone sorgen für die Synthese bestimmter Enzyme in der Zelle, aktivieren oder hemmen deren Arbeit. So beschleunigen sie das Körperwachstum und die Zellteilung, steigern die Muskelfunktion, regulieren die Aufnahme und Ausscheidung von Wasser und Salzen. Das Hormonsystem sorgt zusammen mit dem Nervensystem durch die besondere Wirkung der Hormone für die Aktivität des gesamten Körpers.

Vitamine. Ihre biologische Rolle.

Vitamine sind organische Substanzen, die im tierischen Körper gebildet oder in sehr geringen Mengen mit der Nahrung zugeführt werden, aber für einen normalen Stoffwechsel unbedingt erforderlich sind. Der Mangel an Vitaminen führt zur Erkrankung der Hypo- und Avitaminose.

Derzeit sind mehr als 20 Vitamine bekannt. Dies sind Vitamine der Gruppe B, Vitamine E, A, K, C, PP usw.

Die biologische Rolle von Vitaminen liegt darin, dass bei ihrem Fehlen oder Mangel die Arbeit bestimmter Enzyme gestört wird, biochemische Reaktionen und die normale Zellaktivität gestört werden.

Biosynthese von Proteinen. Genetischer Code.

Die Biosynthese von Proteinen bzw. Polypeptidketten findet an Ribosomen statt, ist aber nur die letzte Stufe eines komplexen Prozesses.

Informationen über die Struktur der Polypeptidkette sind in der DNA enthalten. Ein DNA-Segment, das Informationen über eine Polypeptidkette enthält, ist ein Gen. Als dies bekannt wurde, wurde klar, dass die Nukleotidsequenz der DNA die Aminosäuresequenz der Polypeptidkette bestimmen muss. Diese Beziehung zwischen Basen und Aminosäuren ist als genetischer Code bekannt. Wie Sie wissen, ist das DNA-Molekül aus vier Arten von Nukleotiden aufgebaut, die eine der vier Basen enthalten: Adenin (A), Guanin (G), Thymin (T), Cytosin (C). Nukleotide sind in einer Polynukleotidkette verbunden. Mit diesem Vier-Buchstaben-Alphabet werden Anweisungen für die Synthese einer potenziell unendlichen Anzahl von Proteinmolekülen geschrieben. Wenn eine Base die Position einer Aminosäure bestimmen würde, würde die Kette nur vier Aminosäuren enthalten. Wenn jede Aminosäure von zwei Basen codiert würde, könnten 16 Aminosäuren unter Verwendung eines solchen Codes codiert werden. Nur ein aus Basentripletts bestehender Code (Triplettcode) kann sicherstellen, dass alle 20 Aminosäuren in der Polypeptidkette enthalten sind. Dieser Code enthält 64 verschiedene Drillinge. Derzeit ist der genetische Code für alle 20 Aminosäuren bekannt.

Die Hauptmerkmale des genetischen Codes lassen sich wie folgt formulieren.

Der Code, der den Einschluss einer Aminosäure in eine Polypeptidkette bestimmt, ist ein Basentriplett in der DNA-Polypeptidkette.

Der Code ist universell: Dieselben Tripletts codieren dieselben Aminosäuren in verschiedenen Mikroorganismen.

Der Code ist degeneriert: Eine bestimmte Aminosäure kann von mehr als einem Triplett codiert werden. Beispielsweise wird die Aminosäure Leucin von den Tripletts GAA, GAG, GAT, GAC kodiert.

Überlappender Code: Beispielsweise wird die Nukleotidsequenz AAACAATTA nur als AAA/CAA/TTA gelesen. Es sollte beachtet werden, dass es Tripletts gibt, die nicht für eine Aminosäure kodieren. Die Funktion einiger dieser Tripletts wurde festgestellt. Dies sind Startcodons, Reset-Codons usw. Die Funktionen anderer müssen dekodiert werden.

Die Basensequenz in einem Gen, das Informationen über die Polypeptidkette trägt, „wird in seine komplementäre Basensequenz von Informations- oder Boten-RNA umgeschrieben. Dieser Vorgang wird als Transkription bezeichnet.Das I-RNA-Molekül entsteht durch die Bindung freier Ribonukleotide unter der Wirkung der RNA-Polymerase gemäß den Regeln der DNA- und RNA-Basenpaarung (A-U, G-C, T-A, C-G). Synthetisierte I-RNA-Moleküle, die genetische Informationen tragen, verlassen den Zellkern und gelangen zu den Ribosomen. Hier findet ein als Translation bezeichneter Prozess statt – die Sequenz von Basentripletts im I-RNA-Molekül wird in eine spezifische Sequenz von Aminosäuren in der Polypeptidkette übersetzt.

Am Ende des DNA-Moleküls sind mehrere Ribosomen befestigt, die ein Polysom ​​bilden. Diese gesamte Struktur ist eine Reihe verbundener Ribosomen. Gleichzeitig kann auf einem I-RNA-Molekül die Synthese mehrerer Polypeptidketten durchgeführt werden. Jedes Ribosom besteht aus zwei Untereinheiten, einer kleinen und einer großen. I-RNA Haftet in Gegenwart von Magnesiumionen an der Oberfläche der kleinen Untereinheit. In diesem Fall stellt sich heraus, dass seine ersten beiden translatierten Codons der großen Untereinheit des Ribosoms zugewandt sind. Das erste Codon bindet ein t_RNA-Molekül, das ein komplementäres Anticodon enthält und die erste Aminosäure des synthetisierten Polypeptids trägt. Das zweite Anticodon fügt dann einen Aminosäure-tRNA-Komplex hinzu, der ein zu diesem Codon komplementäres Anticodon enthält.

Die Funktion des Ribosoms besteht darin, die am Translationsprozess beteiligten i-RNA-, t-RNA- und Proteinfaktoren in der richtigen Position zu halten, bis eine Peptidbindung zwischen benachbarten Aminosäuren gebildet wird.

Sobald sich eine neue Aminosäure an die wachsende Polypeptidkette anschließt, bewegt sich das Ribosom am mRNA-Strang entlang, um das nächste Codon an seinen richtigen Platz zu bringen. Das t-RNA-Molekül, das zuvor mit der Polypeptidkette verbunden war, verlässt nun, befreit von der Aminosäure, das Ribosom und kehrt zur Hauptsubstanz des Zytoplasmas zurück, um einen neuen Aminosäure-t-RNA-Komplex zu bilden. Dieses sequentielle „Lesen“ des in der mRNA enthaltenen „Textes“ durch das Ribosom wird fortgesetzt, bis der Prozess eines der Stoppcodons erreicht. Solche Codons sind Tripletts UAA, UAG oder UGA. In diesem Stadium verlässt die Polypeptidkette, deren Primärstruktur in der DNA-Region – dem Gen – kodiert wurde, das Ribosom und die Translation ist abgeschlossen.

Nachdem sich die Polypeptidketten vom Ribosom getrennt haben, können sie ihre eigene Sekundär-, Tertiär- oder Quartärstruktur annehmen.

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass der gesamte Prozess der Proteinsynthese in der Zelle unter Beteiligung von Enzymen abläuft. Sie sorgen für die Synthese von i-RNA, das "Einfangen" von t-RNA-Aminosäuren, die Verbindung von Aminosäuren zu einer Polypeptidkette, die Bildung einer sekundären, tertiären, quaternären Struktur. Aufgrund der Beteiligung von Enzymen wird die Proteinsynthese als Biosynthese bezeichnet. Um alle Stufen der Proteinsynthese sicherzustellen, wird die beim Abbau von ATP freigesetzte Energie genutzt.

Regulation der Transkription und Translation (Proteinsynthese) in Bakterien und höheren Organismen.

Jede Zelle enthält einen vollständigen Satz von DNA-Molekülen. Mit Informationen über die Struktur aller Polypeptidketten, die nur in einem bestimmten Organismus synthetisiert werden können. Allerdings wird nur ein Teil dieser Informationen in einer bestimmten Zelle realisiert.Wie erfolgt die Regulation dieses Prozesses?

Derzeit sind nur einzelne Mechanismen der Proteinsynthese aufgeklärt. Die meisten Enzymproteine ​​werden nur in Gegenwart von Substratsubstanzen gebildet, auf die sie einwirken. Die Struktur des Enzymproteins ist im entsprechenden Gen (Strukturgen) kodiert. Neben dem Strukturgen befindet sich ein weiteres Operatorgen. Außerdem ist in der Zelle eine spezielle Substanz vorhanden – ein Repressor, der sowohl mit dem Operator-Gen als auch mit der Substratsubstanz interagieren kann. Die Synthese des Repressors wird durch ein Regulatorgen reguliert.

Durch die Verbindung mit dem Operatorgen stört der Repressor die normale Funktion des benachbarten Strukturgens. Wenn er jedoch an ein Substrat gebunden ist, verliert der Repressor seine Fähigkeit, an das Operatorgen zu binden und die mRNA-Synthese zu verhindern. Die Bildung der Repressoren selbst wird von speziellen Regulatorgenen gesteuert, deren Funktion von Repressoren zweiter Ordnung gesteuert wird. Deshalb reagieren nicht alle, sondern nur bestimmte Zellen auf ein bestimmtes Substrat, indem sie das entsprechende Enzym synthetisieren.

Die Hierarchie der Repressormechanismen hört hier jedoch nicht auf, es gibt Repressoren höherer Ordnung, was auf die erstaunliche Komplexität des Gens in der Zelle hinweist, die mit dem Start verbunden ist.

Das Ablesen des in der i-RNA enthaltenen „Textes“ stoppt, wenn dieser Prozess das Stoppcodon erreicht.

Autotrophe (autotrophe) und heterotrophe Organismen.

Autotrophe Organismen synthetisieren organische Substanzen aus anorganischen Substanzen unter Verwendung der Energie der Sonne oder der bei chemischen Reaktionen freigesetzten Energie. Die ersten heißen Heliotrophe, die zweiten - Chemotrophe. Zu den autotrophen Organismen gehören Pflanzen und einige Bakterien.

In der Natur gibt es auch eine Mischernährung, die für einige Bakterien, Algen und Protozoen charakteristisch ist. Solche Organismen können die organischen Substanzen ihres Körpers aus vorgefertigten organischen Substanzen und aus anorganischen synthetisieren.

Das Volumen der Substanzen in der Zelle.

Das Volumen der Substanzen ist ein Prozess des beständigen Verbrauchs, der Umwandlung, des Gebrauchs, der Akkumulation, des Verlusts von Substanzen und Energie, der es der Zelle ermöglicht, sich selbst zu erhalten, zu wachsen, sich zu entwickeln und zu vermehren. Der Stoffwechsel besteht aus kontinuierlichen Assimilations- und Dissimilationsprozessen.

Plastikaustausch in der Zelle.

Der plastische Metabolismus in einer Zelle ist eine Reihe von Assimilationsreaktionen, d.h. die Umwandlung bestimmter Substanzen in die Zelle vom Moment ihres Eintritts bis zur Bildung von Endprodukten - Proteinen, Glukose, Fetten usw. Jede Gruppe lebender Organismen ist gekennzeichnet durch eine spezielle, genetisch festgelegte Art des Kunststoffstoffwechsels.

Plastikstoffwechsel bei Tieren. Tiere sind heterotrophe Organismen, das heißt, sie ernähren sich von Lebensmitteln, die fertige organische Substanzen enthalten. Im Darmtrakt bzw. der Darmhöhle werden sie abgebaut: Proteine ​​zu Aminosäuren, Kohlenhydrate zu Monosen, Fette zu Fettsäuren und Glycerin. Die Spaltprodukte dringen in die Blutbahn und direkt in die Körperzellen ein. Im ersten Fall gelangen die Spaltprodukte wieder in die Körperzellen. In Zellen werden Substanzen synthetisiert, die bereits charakteristisch für eine bestimmte Zelle sind, d. h. es wird ein spezifisches Set von Substanzen gebildet. Von den Reaktionen des Kunststoffaustauschs sind die Reaktionen, die die Synthese von Proteinen ermöglichen, die einfachsten. Die Proteinsynthese erfolgt an Ribosomen, gemäß Informationen über die Struktur des in der DNA enthaltenen Proteins, aus Aminosäuren, die in die Zelle gelangen. Die Synthese von Di-, Polysacchariden erfolgt aus Monosen im Golgi-Apparat. Fette werden aus Glycerin und Fettsäuren synthetisiert. Alle Synthesereaktionen finden unter Beteiligung von Enzymen statt und erfordern Energieaufwand, ATP liefert Energie für Assimilationsreaktionen.

Der plastische Metabolismus in Pflanzenzellen hat viel mit dem plastischen Metabolismus in tierischen Zellen gemeinsam, weist jedoch eine gewisse Spezifität auf, die mit der Methode der Pflanzenernährung verbunden ist. Pflanzen sind autotrophe Organismen. Pflanzenzellen, die Chloroplasten enthalten, sind in der Lage, mithilfe von Lichtenergie organische Substanzen aus einfachen anorganischen Verbindungen zu synthetisieren. Dieser Prozess, der als Photosynthese bekannt ist, ermöglicht es Pflanzen, ein Molekül Glukose und sechs Moleküle Sauerstoff unter Verwendung von Chlorophyll aus sechs Molekülen Kohlendioxid und sechs Molekülen Wasser herzustellen. Die Umwandlung von Glukose folgt in Zukunft dem uns bekannten Weg.

Metaboliten, die in Pflanzen im Stoffwechselprozess entstehen, führen zu den Bestandteilen von Proteinen - Aminosäuren und Fetten - Glycerin und Fettsäuren. Die Proteinsynthese in Pflanzen verläuft wie bei Tieren auf Ribosomen und die Fettsynthese auf dem Zytoplasma. Alle Reaktionen des Kunststoffstoffwechsels in Pflanzen finden unter Beteiligung von Enzymen und ATP statt. Als Ergebnis des plastischen Stoffwechsels werden Substanzen gebildet, die das Wachstum und die Entwicklung der Zelle gewährleisten.

Energiestoffwechsel in der Zelle und seine Essenz.

Die Gesamtheit der Dissimilationsreaktionen, die mit der Freisetzung von Energie einhergehen, wird als Energiestoffwechsel bezeichnet. Die meisten Energiestoffe sind Proteine, Fette und Kohlenhydrate.

Der Energiestoffwechsel beginnt mit der Herstellungsphase, wenn Proteine ​​in Aminosäuren, Fette in Glycerin und Fettsäuren, Polysaccharide in Monosaccharide zerfallen. Die dabei entstehende Energie ist vernachlässigbar und wird in Form von Wärme abgeführt. Von den entstehenden Stoffen ist Glucose der Hauptenergielieferant. Der Abbau von Glukose in der Zelle, der zur Synthese von ATP führt, erfolgt in zwei Stufen. Alles beginnt mit der sauerstofffreien Spaltung – der Glykolyse. Die zweite Stufe wird als Sauerstoffspaltung bezeichnet.

Als Glykolyse bezeichnet man die Abfolge von Reaktionen, bei denen ein Molekül Glucose in zwei Moleküle Brenztraubensäure zerfällt. Diese Reaktionen finden in der Grundsubstanz des Zytoplasmas statt und erfordern keine Anwesenheit von Sauerstoff. Der Prozess findet in zwei Stufen statt. In der ersten Stufe wird Glucose in Fructose-1,6-bisphosphat umgewandelt und in der zweiten Stufe wird letztere in zwei Zucker mit drei Kohlenstoffatomen gespalten, die später in Brenztraubensäure umgewandelt werden. Gleichzeitig werden bei Phosphorylierungsreaktionen in der ersten Stufe zwei ATP-Moleküle verbraucht. Somit beträgt die Nettoausbeute an ATP während der Glykolyse zwei ATP-Moleküle. Außerdem werden bei der Glykolyse vier Wasserstoffatome freigesetzt.. Die Gesamtreaktion der Glykolyse lässt sich wie folgt schreiben:

CHO 2CHO + 4H + 2 ATP

Anschließend gelangt Brenztraubensäure in Gegenwart von Sauerstoff in die Mitochondrien zur vollständigen Oxidation zu CO und Wasser (aerobe Atmung). Wenn kein Sauerstoff vorhanden ist, wird es entweder zu Ethanol oder zu Milchsäure (anaerobe Atmung).

Der Sauerstoffabbau (aerobe Atmung) erfolgt in Mitochondrien, wo Brenztraubensäure unter Einwirkung von Enzymen mit Wasser reagiert und sich vollständig zu Kohlendioxid und Wasserstoffatomen zersetzt. Kohlendioxid wird aus der Zelle entfernt. Wasserstoffatome gelangen in die Mitochondrienmembran, wo sie durch den enzymatischen Prozess oxidiert werden. Elektronen und Wasserstoffkationen werden mit Hilfe von Trägermolekülen auf gegenüberliegende Seiten der Membran transportiert: Elektronen nach innen, Protonen nach außen. Elektronen verbinden sich mit Sauerstoff. Durch diese Umlagerungen wird die Membran von außen positiv und von innen negativ geladen. Beim Erreichen einer kritischen Potentialdifferenz über der Membran werden positiv geladene Teilchen durch einen Kanal im in die Membran eingebauten Enzymmolekül auf die Innenseite der Membran geschoben, wo sie sich mit Sauerstoff zu Wasser verbinden.

Der Prozess der Sauerstoffatmung kann auf folgender Ebene dargestellt werden:

2CHO + 6O + 36ADP + 36HPO 36ATP + 6CO + 42HO.

Und die Gesamtgleichung der Glykolyse und des Sauerstoffprozesses sieht so aus:

CHO + 6O + 38ADP + 38HPO 38ATP + 6CO + 44HO

So sorgt der Abbau eines Moleküls Glucose in der Zelle zu Kohlendioxid und Wasser für die Synthese von 38 ATP-Molekülen.

Das bedeutet, dass im Prozess des Energiestoffwechsels ATP gebildet wird – die universelle Energiequelle in der Zelle.

Chemosynthese.

Jeder Organismus benötigt eine konstante Energiezufuhr, um das Leben aufrechtzuerhalten und die Prozesse durchzuführen, die den Stoffwechsel ausmachen.

Der Prozess der Bildung organischer Substanzen durch einige Mikroorganismen aus Kohlendioxid aufgrund der Energie, die aus der Oxidation anorganischer Verbindungen (Ammoniak, Wasserstoff, Schwefelverbindungen, Eisen(II)) gewonnen wird, wird als Chemosynthese bezeichnet.

Abhängig von den mineralischen Verbindungen, durch deren Oxidation Mikroorganismen, und das sind vor allem Bakterien, Energie gewinnen können, werden Chemoautotrophe in nitrifizierende, Wasserstoff-, Schwefel- und Eisenbakterien eingeteilt.

Nitrophytische Bakterien oxidieren Ammoniak zu Salpetersäure. Dieser Prozess findet in zwei Phasen statt. Zuerst wird Ammoniak zu Salpetersäure oxidiert:

2NH + 3O = 2HNO + 2HO + 660 kJ.

Salpetersäure wird dann in Salpetersäure umgewandelt:

2HNO + O = 2HNO + 158 kJ.

Insgesamt werden 818 kJ freigesetzt, die zur Verwertung von Kohlendioxid verwendet werden.

In Eisenbakterien erfolgt die Oxidation von Eisen(II) gemäß der Gleichung

Da die Reaktion mit einer geringen Energieausbeute einhergeht (46,2*10 J/g oxidiertes Eisen), müssen Bakterien eine große Menge Eisen oxidieren, um ihr Wachstum aufrechtzuerhalten.

Während der Oxidation eines Moleküls Schwefelwasserstoff werden 17,2 * 10 J freigesetzt, ein Molekül Schwefel - 49,8 * 10 J. und ein Molekül - 88,6 * 10 J.

Der Prozess der Chemosynthese wurde 1887 von S.N. Winogradsky. Diese Entdeckung brachte nicht nur Licht in die Besonderheiten des Stoffwechsels von Bakterien, sondern ermöglichte es auch, die Bedeutung von Bakterien - Chemoautotrophen - zu bestimmen. Dies gilt insbesondere für stickstofffixierende Bakterien, die für Pflanzen unzugänglichen Stickstoff in Ammoniak umwandeln und so die Bodenfruchtbarkeit erhöhen. Deutlich geworden ist auch der Vorgang der Beteiligung von Bakterien am Stoffkreislauf der Natur.

Vermehrung von Organismen.

Formen der Fortpflanzung von Organismen.

Die Reproduktionsfähigkeit, d.h. produzieren eine neue Generation der gleichen Art, eines der Hauptmerkmale lebender Organismen.

Es gibt zwei Hauptarten der Fortpflanzung - asexuell und sexuell.

Asexuelle Reproduktion.

Bei der asexuellen Fortpflanzung stammen die Nachkommen aus einem einzigen Organismus. Identische Nachkommen desselben Elternteils werden als Klon bezeichnet. Mitglieder desselben Klons können nur dann genetisch unterschiedlich sein, wenn zufällige Mutationen auftreten. Asexuelle Fortpflanzung findet nicht nur bei höheren Tieren statt. Es ist jedoch bekannt, dass das Klonen für einige Arten und höhere Tiere - Frösche, Schafe, Kühe - erfolgreich durchgeführt wurde.

In der wissenschaftlichen Literatur werden mehrere Formen der asexuellen Fortpflanzung unterschieden.

Aufteilung. Einzeller vermehren sich durch Teilung: Jedes Individuum teilt sich in zwei oder mehr Tochterzellen, die mit der Elternzelle identisch sind. So werden Bakterien, Amöben, Euglena, Chlamydomonas usw.

Streitbildung. Eine Spore ist eine einzellige Fortpflanzungsstruktur. Die Bildung von Sporen ist charakteristisch für alle Pflanzen und Pilze.

Knospung. Knospung ist eine Form der asexuellen Fortpflanzung, bei der ein neues Individuum als Auswuchs auf dem Körper des Elternindividuums gebildet wird und sich dann von dem Nicht-Individuum trennt und sich in einen unabhängigen Organismus verwandelt. Knospung tritt in Hohltieren und Hefen auf.

Reproduktion durch Fragmente. Fragmentierung ist die Teilung eines Individuums in mehrere Teile, die wachsen und ein neues Individuum bilden. So vermehren sich Spirogyra, Flechten und einige Arten von Würmern.

Vegetative Reproduktion. Dies ist eine Form der ungeschlechtlichen Fortpflanzung, bei der ein relativ großer, meist differenzierter Teil von der Pflanze abgetrennt wird und sich zu einer eigenständigen Pflanze entwickelt. Dies ist die Vermehrung durch Zwiebeln, Knollen, Rhizome usw. Die vegetative Vermehrung wird im Abschnitt Botanik ausführlich beschrieben. (Botanik. Ein Leitfaden für Bewerber an Universitäten. Zusammengestellt von M. A. Galkin).

Sexuelle Fortpflanzung.

Bei der sexuellen Fortpflanzung entstehen die Nachkommen als Ergebnis der sexuellen Fortpflanzung - der Verschmelzung des genetischen Materials der haploiden Kerne. Die Kerne befinden sich in spezialisierten Geschlechtszellen - Gameten. Gameten sind haploid – sie enthalten einen Chromosomensatz, der als Ergebnis der Meiose erhalten wurde; Sie dienen als Bindeglied zwischen dieser Generation und der nächsten. Gameten können in Größe und Form gleich sein, mit oder ohne Flagellen, aber häufiger unterscheiden sich männliche Gameten von weiblichen. Weibliche Gameten - Eier sind normalerweise größer als männliche, haben eine abgerundete Form und haben normalerweise keine Bewegungsorgane. In Eiern sind auch Elemente des Protoplasten sowie der Kern deutlich zu unterscheiden. Die Hauptsubstanz des Zytoplasmas sammelt eine große Menge an Nährstoffen. Männliche Gameten haben eine stark vereinfachte Struktur. Sie sind mobil, d.h. Flagellen haben. Das sind Spermien. Es gibt auch Spermien ohne Flagellen.

Die sexuelle Fortpflanzung ist von großer biologischer Bedeutung. Während der Meiose, wenn Gameten gebildet werden, entstehen durch zufällige Divergenz von Chromosomen und den Austausch von genetischem Material zwischen homologen Chromosomen neue Kombinationen von Genen, die in einen Gameten fallen, was die genetische Vielfalt erhöht.

Während der Befruchtung verschmelzen die Gameten und bilden eine diploide Zygote – eine Zelle, die einen Chromosomensatz von jedem Gameten enthält. Diese Assoziation zweier Chromosomensätze ist die genetische Grundlage der intraspezifischen Variabilität.

Parthenogenese.

Eine der Formen der sexuellen Fortpflanzung ist die Parthenogenese – bei der die Entwicklung des Embryos aus einer unbefruchteten Eizelle erfolgt. Parthenogenese ist bei Insekten (Blattläuse, Bienen), verschiedenen Rädertierchen, Protozoen verbreitet, ausnahmsweise bei einigen Eidechsen.

Es gibt zwei Arten von Parthenogenese - haploid und diploid. Bei Ameisen entstehen infolge haploider Parthenogenese innerhalb der Gemeinschaft verschiedene Kasten von Organismen - Soldaten, Putzer usw. Bei Bienen erscheinen Drohnen aus einem unbefruchteten Ei, in dem Spermien durch Mitose gebildet werden. Blattläuse durchlaufen eine diploide Parthenogenese. In ihnen weichen während der Bildung von Zellen in der Anaphase homologe Chromosomen nicht voneinander ab - und das Ei selbst erweist sich als diploid mit drei „sterilen“ Polkörpern. Bei Pflanzen ist Parthenogenese ein eher typisches Phänomen. Hier heißt es Apomixis. Als Folge der „Stimulation“ im Ei kommt es zu einer Chromosomenverdopplung. Aus einer diploiden Zelle entwickelt sich ein normaler Embryo.

Systematik der Pflanzen.

Die Systematik untersucht die Vielfalt der Pflanzen. Untersuchungsgegenstand der Systematik sind systematische Kategorien. Die wichtigsten systematischen Kategorien sind: Art, Gattung, Familie, Klasse, Abteilung, Königreich.

Eine Art ist eine Gruppe von Populationen von Individuen, die sich unter natürlichen Bedingungen kreuzen und fruchtbare Nachkommen bilden können. Eine Gattung ist eine Sammlung eng verwandter Arten. Eine Familie ist eine Sammlung eng verwandter Gattungen. Die Klasse vereint eng verwandte Familien, die Abteilung - eng verwandte Klassen. In diesem Fall fungieren Pflanzen als Königreich.

Die wissenschaftlichen Namen aller systematischen Kategorien sind in lateinischer Sprache angegeben. Die Namen systematischer Kategorien über den Arten bestehen aus einem Wort. Seit 1753 wurden dank C. Linnaeus binäre Namen für Arten angenommen. Das erste Wort bezeichnet die Art, das zweite das Artepitheton. Die Namen systematischer Kategorien auf Russisch werden selten aus dem Lateinischen übersetzt, häufiger handelt es sich um Originalnamen, die unter den Menschen geboren wurden.

Die Bildung von Keimzellen beim Menschen. Die Struktur menschlicher Keimzellen. Befruchtung beim Menschen. Die biologische Bedeutung der Befruchtung.

Spermatozoen - männliche Geschlechtszellen werden als Ergebnis einer Reihe aufeinanderfolgender Zellteilungen gebildet - Spermatogenese, gefolgt von einem komplexen Differenzierungsprozess, der Spermiogenese genannt wird.

Zunächst entstehen durch Zellteilung des embryonalen Epithels, das sich in den Hodenkanälchen befindet, Spermatogonien, die an Größe zunehmen und zu Spermatozyten erster Ordnung werden. Als Folge der ersten Meioseteilung bilden sie diploide Spermatozyten zweiter Ordnung, nach der zweiten Meioseteilung entstehen aus ihnen Spermatozoen. Ein erwachsenes Spermatozoon besteht aus einem Kopf, einem Zwischenabschnitt und einem Flagellum (Schwanz). Der Kopf besteht aus einem Akrosom und einem Kern, der von einer Membran umgeben ist. Der Hals hat eine Zentriole. Mitochondrien befinden sich im Zwischenabschnitt.

Die Bildung eines Eies beim Menschen - die Oogenese verläuft in mehreren Stufen. Im ersten Stadium werden infolge metotischer Teilung Oogonien aus den Zellen des rudimentären Epithels gebildet. Oogonien teilen sich je nach Art der Mitose und bringen Eizellen erster Ordnung hervor. Eizellen und Polkörperchen werden durch mitotische Teilung aus Eizellen erster Ordnung gebildet.

Die Befruchtung beim Menschen ist intern. Durch das Eindringen der Spermien in die Eizelle verschmelzen die Kerne der Keimzellen. Es entsteht eine Zygote.

Durch die Befruchtung wird der diploide Chromosomensatz wiederhergestellt, es entsteht ein neuer Organismus, der die Zeichen von Mutter und Vater trägt. Während der Bildung von Keimzellen findet eine Genrekombination statt, sodass der neue Organismus die besten Eigenschaften der Eltern vereint.

Individuelle Entwicklung des Organismus - Ontogenese.

Ontogenese ist die Entwicklungsperiode des Organismus von der ersten Teilung der Zygote bis zum natürlichen Tod.

Die Entwicklung des Embryos (am Beispiel der Tiere).

Unabhängig davon, wo die Entwicklung des Embryos stattfindet, ist der Beginn seiner Entwicklung mit der ersten mitotischen Teilung verbunden. Nach der Kernteilung führt die Zytokinese zur Bildung von zwei diploiden Tochterzellen, die als Blastomere bezeichnet werden. Blastomere teilen sich je nach Art der Mitose weiter, wobei sich Längsteilung und Querteilung abwechseln. Die Teilung der Blastomere wird als Zerkleinern bezeichnet, da während dieses Prozesses kein Zellwachstum auftritt und der resultierende Zellklumpen - die Morula - das Volumen von zwei primären Blastomeren hat. Die weitere Entwicklung des Embryos ist mit der Bildung der Blastula verbunden. In diesem Fall bilden Blastomeren eine einschichtige Wand um den mit Flüssigkeit gefüllten zentralen Hohlraum. Die Zellen der Blastulawand in einem der Bereiche beginnen sich zu teilen und bilden eine innere Zellmasse. Später wird aus dieser Zellmasse die innere Wandschicht gebildet, dadurch werden das Ektoderm – die äußere Zellschicht und das Entoderm – die innere Zellschicht getrennt. Dieses zweischichtige Entwicklungsstadium wird Gastrula genannt. In einem späteren Entwicklungsstadium des Embryos bildet sich das Mesoderm – das dritte Keimblatt. Aus Ektoderm, Endoderm und Mesoderm entstehen alle Gewebe des sich entwickelnden Embryos. Aus den Ektodermzellen entstehen die erste Lamina, der erste Kamm und der Ektoblast. Entlang der Kante der ersten Platte erscheinen nach oben gerichtete Falten, und im mittleren Teil befindet sich eine Neuralrinne, die sich vertieft und in ein Neuralrohr verwandelt - das Rudiment des Zentralnervensystems. Aus dem vorderen Teil des Neuralrohrs bilden sich das Gehirn und die Augenrudimente. Im vorderen Teil des Embryos werden aus dem Ektoblasten die Anfänge der Hör- und Geruchsorgane gebildet. Aus dem Epiblast entstehen Epidermis, Haare, Federn und Schuppen. Die Neuralleiste wird in die Rudimente der Nervensubstanz der Wirbelsäule, Kiefer, umgewandelt. Aus dem Ektoderm, dem Primärdarm, dem inneren Epithel, Rudimenten von Drüsen usw. Aus dem Mesoderm entstehen Notochord, Somiten, Mezechym und Nephrotome. Aus den Somiten entwickeln sich die Rudimente der Dermis, Muskeln der Körperwände, Wirbel und Skelettmuskeln. Aus dem Mesenchym die Rudimente des Herzens, der glatten Muskulatur, der Blutgefäße und des Blutes selbst. Aus Nephrotomen entstehen Uterus, Nebennierenrinde, Harnleiter usw.

Während der Entwicklung abgeleiteter Keimblätter verändert sich das Aussehen des Embryos. Es nimmt eine bestimmte Form an, erreicht eine bestimmte Größe. Die Entwicklung des Embryos endet mit dem Schlüpfen aus dem Ei oder der Geburt eines Jungtiers.

Postembryonale Entwicklung.

Ab dem Moment des Schlüpfens des Embryos aus dem Ei oder der Geburt des Jungtiers beginnt die postembryonale Entwicklung. Es kann direkt sein, wenn der geborene Organismus in seiner Struktur einem Erwachsenen ähnelt, und indirekt, wenn die Embryonalentwicklung zur Entwicklung einer Larve führt, die morphologische, anatomische und physiologische Unterschiede zu einem Erwachsenen aufweist. Die direkte Entwicklung ist charakteristisch für die meisten Wirbeltiere, zu denen Reptilien, Vögel und Säugetiere gehören. Die postembryonale Entwicklung dieser Organismen ist mit einfachem Wachstum verbunden, das zu qualitativen Veränderungen führt - Entwicklung.

Tiere mit indirekter Entwicklung umfassen Hohltiere, Egel, Bandwürmer, Krebstiere, Insekten, Weichtiere, Stachelhäuter, Manteltiere, Amphibien.

Indirekte Entwicklung wird auch als Entwicklung mit Metamorphose bezeichnet. Der Begriff "Metamorphose" bezieht sich auf die schnellen Veränderungen, die vom Larvenstadium bis zur erwachsenen Form auftreten. Larven dienen meist als Ausbreitungsstadium, d.h. sie sorgen für die Verbreitung der Art.

Die Larven unterscheiden sich von den Erwachsenen in ihrem Lebensraum, ihrer Ernährungsbiologie, ihrer Fortbewegungsart und ihren Verhaltensmerkmalen; Dadurch kann die Art während der Ontogenese die Möglichkeiten zweier ökologischer Typen nutzen, was ihre Überlebenschancen erhöht. Viele Arten, wie z. B. Libellen, ernähren und wachsen nur im Larvenstadium. Die Larven spielen dabei eine Art Übergangsstadium, in dem sich die Art an neue Lebensbedingungen anpassen kann. Außerdem haben die Larven manchmal eine physiologische Ausdauer, wodurch sie unter ungünstigen Bedingungen als Ruhestadium fungieren. Beispielsweise überwintert der Maikäfer in Form einer Larve im Boden. Aber in den meisten Fällen geschieht dies bei Insekten in einem anderen Stadium der Metamorphose - im Puppenstadium.

Schließlich haben die Larvenstadien mitunter den Vorteil, dass in diesen Stadien eine Vermehrung der Larvenzahl möglich ist. Wie es bei einigen Plattwürmern vorkommt.

Zu beachten ist, dass die Larven in vielen Fällen eine sehr hohe Organisation erreichen, wie zB Insektenlarven, bei denen nur die Fortpflanzungsorgane unterentwickelt bleiben.

Somit bereiten die strukturellen und funktionellen Veränderungen, die während der Metamorphose auftreten, einen Organismus auf das Erwachsenenleben in einem neuen Lebensraum vor.

Die biologische Uhr. Selbstregulierung. Der Einfluss verschiedener Faktoren auf die Entwicklung des Organismus. Anpassung des Körpers an veränderte Bedingungen, Anabiose.

In allen Entwicklungsstadien - dem Stadium des Embryos, dem Stadium der postembryonalen Entwicklung - wird der Körper von Umweltfaktoren beeinflusst - Temperatur, Feuchtigkeit, Licht, Nahrungsressourcen usw.

Der Körper ist im Stadium des Embryos und im Stadium der postembryonalen Entwicklung besonders anfällig für den Einfluss von Umweltfaktoren. Während des fötalen Stadiums, wenn sich der Organismus im Körper der Mutter entwickelt und durch das Kreislaufsystem mit ihr verbunden ist, ist das Verhalten der Mutter entscheidend für seine normale Entwicklung. Die Mutter raucht, der Fötus „raucht“ auch. Die Mutter trinkt Alkohol, "trinkt Alkohol" und der Fötus. Der Embryo ist in 1-3 Monaten seiner Entwicklung besonders anfällig für den Einfluss. Ein normaler Lebensstil in der postembryonalen Entwicklung ermöglicht es dem Organismus, bis zum natürlichen Tod normal zu existieren. Ein Organismus ist genotypisch angepasst, um in einem bestimmten Bereich von Temperaturen, Feuchtigkeit, Salzgehalt und Beleuchtung zu existieren. Er braucht eine bestimmte Ernährung.

Walrossismus, Wandern durch die Antarktis, Weltraumflüge, Hunger, Völlerei werden sicherlich zur Entwicklung einer Reihe von Krankheiten führen.

Ein gesunder Lebensstil ist der Schlüssel zu Langlebigkeit.

Alle biologischen Systeme zeichnen sich durch eine mehr oder weniger große Fähigkeit zur Selbstregulation aus. Selbstregulierung - der Zustand der dynamischen Konstanz des natürlichen Systems zielt darauf ab, die Auswirkungen der äußeren und inneren Umgebung maximal zu begrenzen und die relative Konstanz der Struktur und Funktionen des Körpers aufrechtzuerhalten.

Darüber hinaus wird der Einfluss verschiedener Faktoren auf den Körper durch die Bildung eines komplexen Systems physiologischer Reaktionen in Organismen auf vorübergehende - saisonale und insbesondere kurzfristige - tägliche Änderungen von Umweltfaktoren geglättet in der biologischen Uhr angezeigt. Ein Beispiel ist die deutliche Erhaltung der Blüte bei Pflanzen zu bestimmten Tageszeiten.

Eine besondere Art der Anpassung des Körpers an veränderte Bedingungen ist die Anabiose – ein vorübergehender Zustand des Körpers, in dem Lebensprozesse so langsam ablaufen, dass alle sichtbaren Lebensäußerungen praktisch ausbleiben. Die Fähigkeit, in Anabiose zu verfallen, trägt zum Überleben von Organismen unter äußerst ungünstigen Bedingungen bei. Anabiose ist bei Pilzen, Mikroorganismen, Pflanzen und Tieren verbreitet. Wenn günstige Bedingungen eintreten, kehren Organismen, die in Anabiose geraten sind, zum aktiven Leben zurück. Erinnern wir uns an getrocknete Rädertierchen, Zysten, Sporen usw.

Alle Anpassungen von Organismen an veränderte Bedingungen sind das Produkt natürlicher Auslese. Die natürliche Selektion bestimmte auch die Amplitude der Wirkung von Umweltfaktoren, die es dem Organismus ermöglicht, normal zu existieren.

Evolutionäre Prozesse und ihre Gesetzmäßigkeiten.

Voraussetzungen für die Entstehung der Evolutionstheorie von Ch. Darwin.

Der Entstehung der Evolutionstheorie von Ch. Darwin, die von ihm in dem Buch „The Origin of Species“ skizziert wurde, ging eine lange Entwicklung der Biologie, ihrer funktionalen und angewandten Disziplinen voraus. Schon lange vor Charles Darwin wurden Versuche unternommen, die scheinbare Vielfalt der Organismen zu erklären: Verschiedene Evolutionshypothesen wurden aufgestellt, die die Ähnlichkeiten zwischen tierischen Organismen erklären könnten. Hier sollten wir Aristoteles erwähnen, der im 4. Jahrhundert v. e. Er formulierte die Theorie der kontinuierlichen und allmählichen Entwicklung von Lebewesen aus unbelebter Materie, schuf eine Vorstellung von der Leiter der Natur. Ende des 18. Jahrhunderts schuf John Ray den Artenbegriff. Und 1771-78. K. Linnaeus hat bereits ein System von Pflanzenarten vorgeschlagen. Diesem Wissenschaftler verdankt die Biologie ihre Weiterentwicklung.

Werke von K. Linné.

Während der Blütezeit von K. Linné, die in die Mitte des 18. Jahrhunderts fällt, war die Biologie von einem metaphysischen Naturbegriff geprägt, der auf Unveränderlichkeit und ursprünglicher Zweckmäßigkeit beruhte.

C. Linnaeus verfügte über riesige Pflanzensammlungen und begann, diese zu systematisieren. Basierend auf den Lehren von D. Ray über die Arten begann er, Pflanzen in dem Band dieser Kategorie zu gruppieren. Während dieser Tätigkeitszeit erschafft K. Linnaeus die Sprache der Botanik: Er definiert die Essenz eines Merkmals und gruppiert die Merkmale in Eigenschaften, wodurch er End-to-End-Diagnosen erstellt – eine Beschreibung von Arten. K. Linnaeus legalisierte die binäre Nomenklatur der Arten. Jede Art wurde mit zwei lateinischen Wörtern bezeichnet. Das erste bezeichnet eine Gattungszugehörigkeit, das zweite ein Artepitheton. Artbeschreibungen wurden auch in lateinischer Sprache verfasst. Dadurch war es möglich, alle Beschreibungen Wissenschaftlern aller Länder zur Verfügung zu stellen, da an allen Universitäten die lateinische Sprache studiert wurde. Eine herausragende Leistung von K. Linnaeus war die Schaffung eines Pflanzensystems und die Entwicklung systematischer Kategorien. Basierend auf der Struktur der Fortpflanzungsorgane fasste K. Linnaeus alle bekannten Pflanzen in Klassen zusammen. Die ersten 12 Klassen wurden durch die Anzahl der Staubblätter unterschieden: Klasse 1 - einzelne Staubblätter, Klasse 2 - zwei Staubblätter usw. Pflanzen ohne Blüten wurden in Klasse 14 aufgenommen. Diese Pflanzen nannte er mystogam. K. Linnaeus teilte die Klassen in Familien ein, basierend auf der Struktur der Blüte und anderer Organe. Von K. Linnaeus stammen Familien wie Compositae, Umbelliferae, Cruciferae usw. K. Linnaeus teilte die Familien in Gattungen ein. K. Linnaeus betrachtete die Gattung als eine vom Schöpfer separat geschaffene reale Kategorie. Er betrachtete Arten als Varianten von Gattungen, die sich aus dem ursprünglichen Vorfahren entwickelt haben. So erkannte K. Linnaeus auf den unteren Ebenen die Existenz eines evolutionären Prozesses, der derzeit von einigen Autoren von Lehrbüchern und populärwissenschaftlichen Publikationen unbemerkt bleibt.

Die Bedeutung der Werke von K. Linnaeus ist enorm: Er legitimierte die binäre Nomenklatur, führte Standardbeschreibungen von Arten ein, schlug ein System taxonomischer Einheiten vor: Art, Gattung, Familie, Klasse, Ordnung. Und was am wichtigsten ist, er schuf Systeme von Pflanzen und Tieren, die in ihrer wissenschaftlichen Gültigkeit alle Systeme übertrafen, die vor ihm existierten. Sie werden wegen der geringen Anzahl der verwendeten Merkmale als künstlich bezeichnet, aber es waren die Systeme von K. Linnaeus, die es ermöglichten, über die Vielfalt der Arten und ihre Ähnlichkeiten zu sprechen. Die Einfachheit der Systeme zog viele Forscher in die Biologie, gab Impulse zur Beschreibung neuer Arten und brachte die Biologie auf eine neue Entwicklungsstufe. Die Biologie begann, das Lebendige zu erklären, aber nicht nur zu beschreiben.

Die Evolutionstheorie von J. B. Lamarck.

1809 veröffentlichte der französische Biologe J. B. Lamarck das Buch Philosophy of Zoology, das den Evolutionsmechanismus der organischen Welt skizziert. Lamarcks Evolutionstheorie basierte auf zwei Gesetzen, die als das Gesetz der Übung und Nicht-Übung von Organen und das Gesetz der Vererbung erworbener Eigenschaften bekannt sind. Für Lamarck klingen diese Gesetze so. Erstes Gesetz. „Bei jedem Tier, das die Grenze seiner Entwicklung nicht erreicht hat, stärkt der häufigere und ungestörte Gebrauch eines Organs dieses Organ, entwickelt es, vermehrt und verleiht ihm Kraft, im Verhältnis zur Dauer des Gebrauchs selbst, während die Konstante die Nichtbenutzung des Organs schwächt es unmerklich, führt zum Verfall, verringert seine Fähigkeiten zunehmend und führt schließlich zu seinem Verschwinden." Zweites Gesetz. „Alles, was die Natur zu gewinnen oder zu verlieren gezwungen hat, bewahrt sie, indem sie andere Individuen züchtet.“ Die Essenz von Lamarcks Theorie ist also, dass Organismen unter dem Einfluss der Umwelt Veränderungen erfahren, die vererbt werden. Da Veränderungen individueller Natur sind, führt der Evolutionsprozess zu einer Vielzahl von Organismen. Ein klassisches Beispiel für Lamarcks Evolutionsmechanismus ist die Entstehung eines langen Halses bei einer Giraffe. Viele Generationen seiner kurzhalsigen Vorfahren ernährten sich von den Blättern der Bäume, für die sie immer höher greifen mussten. Die leichte Verlängerung des Halses, die in jeder Generation auftrat, wurde an die nächste Generation weitergegeben, bis dieser Körperteil seine aktuelle Länge erreichte.

Lamarcks Theorie spielte eine bedeutende Rolle bei der Entwicklung von Charles Darwins Ansichten. Tatsächlich hat Darwin die Verbindung „Umwelt – Variabilität – Vererbung“ von Lamarck übernommen. Lamarck fand die Ursache der Variabilität. Der Grund ist die Umwelt. Er versuchte auch, die Übertragung von Veränderungen auf die Nachkommen, dh die Mechanismen der Vererbung, zu kombinieren. Seine Theorie der „Keimplasmakontinuität“ hielt sich bis Ende des 19. Jahrhunderts.

Mit ihrer enormen Bedeutung und einfachen Wahrnehmung hat Lamarcks Evolutionstheorie keine breite Anerkennung gefunden. Was ist der Grund dafür. Lamarck schlug vor, dass der Mensch von einer Art Vierarmiger abstamme. Dafür stand er unter Napoleon, der die Vernichtung seines Buches anordnete. Lamarck leugnete die wirkliche Existenz der Art, was die Bewunderer von Linné, zu denen die meisten Biologen des frühen 19. Jahrhunderts gehörten, gegen sich aufwies. Und schließlich sein größter methodischer Fehler: "Alle erworbenen Eigenschaften werden vererbt." Die Überprüfung dieser Bestimmung ergab keine 100%ige Bestätigung, und daher wurde die gesamte Theorie in Frage gestellt. Und doch ist die Bedeutung der Theorie von J.B. Lamarck ist riesig. Er war es, der den Begriff „Faktoren der Evolution“ geprägt hat. Und diese Faktoren hatten eine materielle Grundlage.

Das Weltbild von C. Darwin wurde zweifellos von den Arbeiten von J. Cuvier über fossile Überreste und von C. Lyell geprägt, der fortschreitende Veränderungen fossiler Überreste aufzeigte.

Auf seiner Weltreise mit dem Schiff "Bill" konnte Charles Darwin selbst die Vielfalt der Pflanzen und Tiere sehen und schätzen, die auf verschiedenen Kontinenten unter unterschiedlichen Bedingungen leben. Und als er in England lebte – einem Land mit einer gut entwickelten Landwirtschaft, einem Land, das alles, was es auf der Welt gab, auf die Insel brachte, konnte Charles Darwin die Ergebnisse „evolutionärer“ menschlicher Aktivitäten sehen.

Und natürlich war die wichtigste Voraussetzung für die Entstehung der Evolutionstheorie von Charles Darwin Charles Darwin selbst, dessen Genie in der Lage war, all das riesige Material zu erfassen, zu analysieren und eine Theorie zu schaffen, die die Grundlagen des Darwinismus legte - die Lehre von der Evolution lebender Organismen.

Die Hauptbestimmungen der Evolutionstheorie von Ch. Darwin.

Die Evolutionstheorie durch natürliche Auslese wurde 1839 von Charles Darwin formuliert. Ch. Darwins evolutionäre Ansichten werden vollständig in dem Buch "The Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Breeds in the Struggle for Life" dargestellt.

Schon der Titel des Buches legt nahe, dass Darwin sich nicht das Ziel gesetzt hat, die Existenz der Evolution zu beweisen, auf deren Existenz auch Konfuzius hingewiesen hat. Als das Buch geschrieben wurde, zweifelte niemand an der Existenz der Evolution. Das Hauptverdienst von Charles Darwin ist, dass er erklärte, wie Evolution ablaufen kann.

Die Reise auf der Beagle ermöglichte es Darwin, viele Daten über die Variabilität von Organismen zu sammeln, die ihn davon überzeugten, dass Arten nicht als unverändert betrachtet werden können. Nach seiner Rückkehr nach England begann Charles Darwin mit der Zucht von Tauben und anderen Haustieren, was ihn zum Konzept der künstlichen Selektion als Methode zur Züchtung von Haustierrassen und Kulturpflanzensorten führte. Der Mensch wählte die Abweichungen aus, die er brauchte, brachte diese Abweichungen zu den erforderlichen Anforderungen und schuf die für ihn erforderlichen Rassen und Sorten.

Die treibenden Kräfte dieses Prozesses waren laut Charles Darwin die erbliche Variabilität und die menschliche Selektion.

C. Darwin musste jedoch das Problem der Selektion unter natürlichen Bedingungen lösen. Der Wirkungsmechanismus der Selektion von Charles Darwin wurde durch die Ideen angeregt, die T. Malthus 1778 in seinem Werk „Treatise on Population“ dargelegt hatte. Malthus beschrieb anschaulich die Situation, zu der das Bevölkerungswachstum führen könnte, wenn es nicht durch irgendetwas gebremst würde. Darwin übertrug die Argumentation von Malthus auf andere Organismen und machte auf solche Faktoren aufmerksam: Trotz des hohen Fortpflanzungspotentials bleibt die Population konstant. Er verglich eine große Menge an Informationen und kam zu dem Schluss, dass unter Bedingungen des harten Wettbewerbs zwischen den Mitgliedern einer Population alle unter den gegebenen Bedingungen günstigen Veränderungen die Fortpflanzungsfähigkeit eines Individuums erhöhen und fruchtbare Nachkommen hinterlassen würden, und ungünstige Veränderungen sind offensichtlich ungünstig, und für diejenigen, die sie haben, sind die Chancen auf eine erfolgreiche Reproduktion verringert. All dies diente als Grundlage für die Bestimmung der treibenden Kräfte (Faktoren der Evolution, die laut Darwin Variabilität, Vererbung, Kampf ums Dasein, natürliche Selektion sind.

Im Wesentlichen ist die Hauptbedeutung der Evolutionstheorie von Charles Darwin, dass die Evolution auf der Grundlage des Auftretens ererbter Veränderungen stattfindet, sie durch den Kampf ums Dasein abwägt und Veränderungen auswählt, die es den Organismen ermöglichen, in einem intensiven Wettbewerb zu gewinnen. Das Ergebnis der Evolution nach Charles Darwin ist die Entstehung neuer Arten, die zu einer Vielfalt von Flora und Fauna führt.

Bewegliche Kräfte (Faktoren) der Evolution.

Die treibenden Kräfte der Evolution sind: Vererbung, Variabilität, Kampf ums Dasein, natürliche Auslese.

Vererbung.

Vererbung ist die Eigenschaft aller lebenden Organismen, Zeichen und Eigenschaften von Vorfahren an Nachkommen zu bewahren und weiterzugeben. Zur Zeit von Charles Darwin war die Natur dieses Phänomens nicht bekannt. Auch Darwin ging von erblichen Faktoren aus. Die Kritik an diesen Aussagen durch Gegner zwang Darwin, seine Ansichten über die Position von Faktoren aufzugeben, aber die Idee des Vorhandenseins materieller Faktoren der Vererbung durchdringt seine gesamte Lehre. Das Wesen des Phänomens wurde nach der Entwicklung der Chromosomentheorie durch T. Morgan klar. Als die Struktur des Gens entschlüsselt und verstanden wurde, wurde der Mechanismus der Vererbung ziemlich klar. Sie basiert auf folgenden Faktoren: Die Eigenschaften des Organismus (Phänotyp) werden durch den Genotyp und die Umgebung (Reaktionsgeschwindigkeit) bestimmt; Zeichen eines Organismus werden durch eine Reihe von Proteinen bestimmt, die aus an Ribosomen synthetisierten Polypeptidketten gebildet werden, Informationen über die Struktur der synthetisierten Polypeptidkette sind auf i-RNA enthalten, i-RNA erhält diese Informationen während der Zeit der Matrixsynthese weiter ein DNA-Abschnitt, der ein Gen ist; Gene werden von den Eltern an die Kinder weitergegeben und sind die materielle Grundlage der Vererbung. Bei der Interkinese wird die DNA dupliziert, und daher werden die Gene dupliziert. Während der Bildung von Keimzellen kommt es zu einer Verringerung der Chromosomenzahl, und während der Befruchtung verbinden sich weibliche und männliche Chromosomen in der Zygote. Die Bildung des Embryos und des Organismus erfolgt unter dem Einfluss der Gene sowohl des mütterlichen als auch des väterlichen Organismus. Die Vererbung von Merkmalen erfolgt nach den Vererbungsgesetzen von G. Mendel bzw. nach dem Prinzip der intermediären Vererbung von Merkmalen. Sowohl diskrete als auch mutierte Gene werden vererbt.

Die Vererbung selbst fungiert also einerseits als Faktor, der bereits etablierte Eigenschaften bewahrt, andererseits den Eintritt neuer Elemente in die Struktur des Organismus sicherstellt.

Variabilität.

Variabilität ist eine allgemeine Eigenschaft von Organismen im Prozess der Ontogenese, um neue Merkmale zu erwerben. C. Darwin bemerkte, dass es keine zwei identischen Individuen in einem Wurf gibt, es gibt keine zwei identischen Pflanzen, die aus elterlichen Samen gezogen wurden. Das Konzept der Variabilitätsformen wurde von Ch. Darwin auf der Grundlage der Rassenforschung bei Haustieren entwickelt. Nach Ch. Darwin gibt es folgende Formen der Variabilität: definitiv, unbestimmt, korrelativ, erblich, nicht erblich.

Eine gewisse Variabilität ist mit dem Auftreten bei einer großen Anzahl von Individuen oder bei allen Individuen einer bestimmten Art, Sorte oder Rasse während der Ontogenese verbunden. Die Massenvariabilität nach Darwin kann mit bestimmten Umweltbedingungen in Verbindung gebracht werden. Eine gut gewählte Ernährung führt zu einer Steigerung der Milchleistung für alle Mitglieder der Herde. Die Kombination günstiger Bedingungen trägt zu einer Zunahme der Korngröße bei allen Weizenindividuen bei. Somit können Änderungen vorhergesagt werden, die sich aus einer bestimmten Variabilität ergeben.

Unsichere Variabilität ist mit dem Auftreten von Merkmalen bei einzelnen oder mehreren Individuen verbunden. Solche Veränderungen können nicht durch die Wirkung von Umweltfaktoren erklärt werden.

Relative Variabilität ist ein sehr interessantes Phänomen. Das Erscheinen eines Zeichens führt zum Erscheinen anderer. Eine Verlängerung der Getreideähre führt also zu einer Verringerung der Stiellänge. Bei einer guten Ernte verlieren wir also Stroh. Die Zunahme der Gliedmaßen bei Insekten führt zu einer Zunahme der Muskeln. Und solche Beispiele gibt es viele.

C. Darwin stellte fest, dass einige Veränderungen, die in der Ontogenese auftreten, sich in den Nachkommen manifestieren, andere nicht. Die erste führte er auf erbliche Variabilität zurück, die zweite auf nicht erbliche. Darwin bemerkte auch eine solche Tatsache, dass hauptsächlich Änderungen, die mit unbestimmter und relativer Variabilität verbunden sind, vererbt werden.

Darwin betrachtete die Wirkung der Umwelt als Beispiel für eine gewisse Variabilität. Ursachen der unbestimmten Variabilität Darwin konnte es nicht, daher der Name dieser Form der Variabilität.

Inzwischen sind die Ursachen und Mechanismen der Variabilität mehr oder weniger klar.

Die moderne Wissenschaft unterscheidet zwischen zwei Formen der Variabilität – mutationsbedingt oder genotypisch und kodifiziert oder phänotypisch.

Mutationsvariabilität ist mit einer Veränderung des Genotyps verbunden. Es entsteht durch Mutationen. Mutationen sind das Ergebnis der Exposition gegenüber dem Genotyp von Mutagenen. Mutagene selbst werden in physikalische, chemische usw. Mutagene unterteilt. Mutationen sind Gen-, Chromosomen-, Genom-Mutationen. Mutationen werden mit dem Genotyp vererbt.

Die Modifikationsvariabilität ist das Zusammenspiel von Genotyp und Umwelt. Die Modifikationsvariabilität manifestiert sich durch die Reaktionsgeschwindigkeit, d. h. der Einfluss von Umweltfaktoren kann die Manifestation eines Merkmals innerhalb seiner durch den Genotyp bestimmten äußersten Grenzen verändern. Solche Veränderungen werden nicht an die Nachkommen weitergegeben, können aber in der nächsten Generation durch Wiederholung der Parameter von Umweltfaktoren auftreten.

Gewöhnlich wird Darwinsche unbestimmte Variabilität mit Mutation und definitiv mit Modifikation assoziiert.

Kampf um die Existenz.

Im Zentrum von Darwins Theorie der natürlichen Auslese steht der Kampf ums Dasein, der sich zwangsläufig aus dem grenzenlosen Verlangen der Organismen nach Fortpflanzung ergibt. Dieser Wunsch drückt sich immer in geometrischen Verläufen aus.

Darin bezieht sich Darwin auf Malthus. Doch schon lange vor Malthus wussten Biologen von diesem Phänomen. Ja, und die Beobachtungen von Darwin selbst bestätigten die Fähigkeit von Lebewesen zur potentiellen Intensität der Fortpflanzung. Sogar K. Linnaeus wies darauf hin, dass eine Schmeißfliege durch die Vermittlung ihrer Nachkommen einige Tage vor den Knochen den Leichnam eines Pferdes vernichten konnte.

Selbst langsam brütende Elefanten könnten nach Charles Darwins Berechnung das ganze Land beherrschen, wenn alle Voraussetzungen dafür gegeben wären. Laut Darwin wären aus einem Elefantenpaar in 740 Jahren etwa 19 Millionen Individuen geworden.

Warum unterscheiden sich potenzielle und reale Geburtenraten so stark?

Darwin beantwortet auch diese Frage. Er schreibt, dass die wahre Bedeutung der Fülle von Eiern oder Samen darin besteht, ihren erheblichen Verlust zu decken, der durch die Ausrottung in einer Lebensgeneration verursacht wurde, dh die Fortpflanzung stößt auf Umweltwiderstand. Basierend auf der Analyse dieses Phänomens führt Charles Darwin das Konzept des „Kampfes ums Dasein“ ein.

„Das Konzept des Kampfes ums Dasein“ kann nur in Darwins breitem „metaphorischem“ Sinne Sinn machen und rechtfertigen: „einschließlich hier der Abhängigkeit eines Wesens von einem anderen, und auch (wichtiger) nicht nur des Lebens eines Individuums, sondern auch sein Erfolg beim Verlassen der Nachkommen selbst." Darwin schreibt: „Über zwei Tiere aus einer Reihe von Löwen kann man zu Recht sagen, dass sie in einer Zeit der Hungersnot miteinander um Nahrung und Leben kämpfen. ABER die Pflanze am Rande der Wüste soll auch gegen Trockenheit ums Leben kämpfen, obwohl es richtiger wäre zu sagen, dass sie auf Feuchtigkeit angewiesen ist. Von einer Pflanze, die jährlich Tausende von Samen produziert, von denen im Durchschnitt nur einer wächst, kann man sogar richtiger sagen, dass sie mit Pflanzen der gleichen Gattung und anderen kämpft, die bereits den Boden bedecken ... bei all diesem Wissen ... Ich greife der Einfachheit halber auf den allgemeinen Begriff Kampf ums Dasein zurück".

Der Text "The Origin of Species" bestätigt die Vielfalt der Formen des Kampfes ums Dasein, zeigt aber gleichzeitig, dass in all diesen Formen ein Konkurrenz- oder Konkurrenzelement steckt.

Innerartlicher Kampf findet unter Bedingungen heftiger Konkurrenz statt, da Individuen derselben Art dieselben Existenzbedingungen benötigen. An erster Stelle steht die Rolle des Organismus selbst und seiner individuellen Eigenschaften. Die Bedeutung seiner Schutzmittel, seiner Aktivität, seines Wunsches nach Fortpflanzung wird vermerkt.

Der Kampf ums Dasein auf der Ebene der Arten ist eindeutig aktiv und seine Intensität nimmt mit zunehmender Bevölkerungsdichte zu.

Organismen konkurrieren miteinander im Kampf um Nahrung, um das Weibchen, um das Jagdgebiet sowie um die Mittel zum Schutz vor schädlichen Klimaeinflüssen, um den Schutz der Nachkommenschaft.

Verschlechterung der Ernährungsbedingungen, hohe Bevölkerungsdichte usw. lassen die Konkurrenzfähigsten überleben. Ein Beispiel für innerartlichen Kampf ist die Situation in einer Herde wilder Hirsche. Eine Zunahme der Individuenzahl führt zu einer Zunahme der Bevölkerungsdichte. Die Zahl der Männer in der Bevölkerung nimmt zu. Eine Zunahme der Bevölkerungsdichte führt zu Nahrungsknappheit, dem Auftreten von Epidemien, dem Kampf von Männern um Frauen usw. All dies führt zum Tod von Einzelpersonen und zu einem Bevölkerungsrückgang. Die Stärkeren überleben.

Somit trägt der intraspezifische Kampf zur Verbesserung der Art, zur Entstehung von Anpassungen an die Umwelt und zu den Faktoren bei, die diesen Kampf verursachen.

Oft geht der interspezifische Kampf in eine Richtung. Ein klassisches Beispiel ist die Beziehung zwischen Hasen und Wölfen. Zwei Hasen laufen vor einem Wolf davon. An einem Punkt zerstreuen sie sich und der Wolf bleibt mit nichts zurück. Der interspezifische Kampf trägt zur Regulierung von Populationen und zur Keulung kranker oder schwacher Organismen bei.

Der Kampf gegen die Faktoren der anorganischen Umgebung lässt die Pflanzen sich an die neuen Lebensbedingungen anpassen, treibt sie an, ihre Fruchtbarkeit zu steigern. Andererseits wird die Beschränkung einer Art oder Population auf bestimmte Lebensraumbedingungen bestimmt. Individuen von Bluegrass, die in den Prärien und auf den Ebenen wachsen, haben einen aufrechten Stamm, und Individuen, die in bergigen Bedingungen wachsen, haben einen aufsteigenden Stamm. Als Ergebnis des Existenzkampfes überlebten Individuen, bei denen der Stängel in den frühen Entwicklungsstadien gegen den Boden gedrückt wird, also mit Nachtfrösten zu kämpfen hat; stark abgesenkte Pflanzen sind auch im Gebirge am lebensfähigsten .

Die Lehre vom Kampf ums Dasein bestätigt, dass dieser Faktor die treibende Kraft der Evolution ist. Es ist der Kampf, wie auch immer Sie es nennen, Wettbewerb, Wettbewerb. Zwingt Organismen, neue Eigenschaften zu erwerben, die es ihnen ermöglichen, zu gewinnen.

Dem Faktor des Daseinskampfes wird auch durch die praktische Tätigkeit des Menschen Rechnung getragen. Beim Pflanzen von Pflanzen derselben Art muss ein gewisser Abstand zwischen den Individuen eingehalten werden. Beim Besatz von Stauseen mit wertvollen Fischarten werden Raubtiere und geringwertige Arten daraus entfernt. Bei der Ausstellung von Lizenzen zum Beschuss von Wölfen wird die Anzahl der Personen usw. berücksichtigt.

Natürliche Selektion.

„Die natürliche Selektion erfolgt nicht durch die Auswahl der am besten Angepassten, sondern durch die Ausrottung der Formen, die am besten an die Bedingungen der Lebensumgebung angepasst sind“, sagt Charles Darwin in „The Origin of Species“. Die natürliche Selektion basiert auf folgenden Prämissen: a) Individuen jeder Art sind aufgrund von Variabilität den Umweltbedingungen biologisch nicht gewachsen; einige von ihnen entsprechen in größerem Maße den Umweltbedingungen, andere in geringerem Maße; b) Individuen jeder Art kämpfen mit für sie ungünstigen Umweltfaktoren und konkurrieren miteinander. Im Prozess dieses Kampfes und dieser Konkurrenz überleben „in der Regel – durch die Ausrottung des Unbefriedigenden“ – die angepasstesten Formen. Die Erfahrung des Stärkeren ist mit Divergenzprozessen verbunden, bei denen unter dem ständigen Einfluss der natürlichen Selektion neue innerartliche Formen gebildet werden. Letztere werden zunehmend isoliert und dienen als Quelle für die Bildung neuer Arten und deren fortschreitende Entwicklung. Natürliche Selektion - schafft neue Lebensformen, schafft eine erstaunliche Anpassungsfähigkeit von Lebensformen, sorgt für einen Prozess zur Steigerung der Organisation und Vielfalt des Lebens.

Die Selektion beginnt auf der Ebene, auf der der Wettbewerb zwischen den Individuen am höchsten ist. Wenden wir uns dem klassischen Beispiel zu, über das Charles Darwin selbst geschrieben hat. Im Birkenwald überwiegen helle Schmetterlinge. Dies deutet darauf hin, dass Schmetterlinge mit hellen Farben Schmetterlinge mit dunklen und bunten Farben ersetzt haben. Dieser Prozess stand unter dem Einfluss der natürlichen Selektion für die beste Schutzfarbe. Wenn Birke in einem bestimmten Gebiet durch Felsen mit dunkler Rindenfarbe ersetzt wird, beginnen Schmetterlinge mit heller Farbe zu verschwinden - sie werden von Vögeln gefressen. Der Teil der Bevölkerung mit einer dunklen Farbe, die in einer unbedeutenden Anzahl verbleibt, beginnt sich schnell zu vermehren. Es gibt eine Auswahl von Individuen, die eine Chance haben zu überleben und fruchtbare Nachkommen zu gebären. In diesem Fall sprechen wir von Intergruppenkonkurrenz, d. h. die Auswahl erfolgt zwischen bereits bestehenden Formen.

Auch Individuen unterliegen der natürlichen Auslese. Jede geringfügige Abweichung, die dem Individuum im Kampf ums Dasein einen Vorteil verschafft, kann von der natürlichen Auslese aufgegriffen werden. Dies ist die kreative Rolle der Selektion. Sie agiert immer vor dem Hintergrund von beweglichem Material, das sich in Mutations- und Kombinationsprozessen ständig verändert.

Die natürliche Auslese ist die wichtigste treibende Kraft der Evolution.

Arten (Formen) der natürlichen Auslese.

Es gibt zwei Hauptauswahlmöglichkeiten: stabilisierend und gerichtet.

Eine stabilisierende Selektion tritt in Fällen auf, in denen phänotypische Merkmale maximal mit den Umweltbedingungen übereinstimmen und die Konkurrenz eher schwach ist. Eine solche Selektion wirkt in der gesamten Population und zerstört Individuen mit extremen Abweichungen. Beispielsweise gibt es eine optimale Flügellänge für eine Libelle bestimmter Größe mit einem bestimmten Lebensstil in einer bestimmten Umgebung. Die Stabilisierung der Selektion wirkt durch unterschiedliche Züchtung und zerstört die Libellen, deren Flügelspannweite größer oder kleiner als optimal ist. Die Stabilisierung der Selektion fördert nicht den evolutionären Wandel, sondern erhält die phänotypische Stabilität einer Population von Generation zu Generation.

Gezielte (bewegte) Auswahl. Diese Form der Selektion erfolgt als Reaktion auf eine allmähliche Änderung der Umweltbedingungen. Richtungsselektion wirkt sich auf die Bandbreite der Phänotypen aus, die in einer bestimmten Population vorhanden sind, und übt einen selektiven Druck aus, der den durchschnittlichen Phänotyp in die eine oder andere Richtung verschiebt. Nachdem der neue Phänotyp optimal mit den neuen Umweltbedingungen korrespondiert, kommt die stabilisierende Selektion ins Spiel.

Gerichtete Selektion führt zu evolutionären Veränderungen. Hier ist ein Beispiel.

Die Entdeckung von Antibiotika in den 1940er Jahren erzeugte einen starken Selektionsdruck zugunsten von Bakterienstämmen, die genetisch resistent gegen Antibiotika waren. Bakterien vermehren sich sehr stark, als Ergebnis einer zufälligen Mutation kann eine resistente Zelle auftreten, deren Nachkommen aufgrund des Mangels an Konkurrenz durch andere Bakterien, die durch dieses Antibiotikum zerstört werden, gedeihen.

künstliche Selektion.

Künstliche Selektion ist eine Methode zur Züchtung neuer Rassen von Haustieren oder Pflanzensorten.

Der Mensch seit den frühesten Zeiten seiner Zivilisation verwendet künstliche Selektion bei der Züchtung von Pflanzen und Tieren. Darwin verwendete Daten aus der künstlichen Selektion, um den Mechanismus der natürlichen Selektion zu erklären. Die Hauptfaktoren der künstlichen Selektion sind Vererbung, Variabilität, das Handeln einer Person, die versucht, erbliche Abweichungen ad absurdum zu führen, und Selektion. Die Variabilität als Eigenschaft aller Organismen, sich zu verändern, liefert Material für die Auswahl - eine andere Reihe von Abweichungen. Eine Person, die die Abweichungen bemerkt hat, die sie benötigt, fährt mit der Auswahl fort. Die künstliche Selektion basiert auf der Isolierung natürlicher Populationen oder Individuen mit den notwendigen Abweichungen und der selektiven Kreuzung von Organismen, die für den Menschen wünschenswerte Eigenschaften aufweisen.

Die Auswahl der Rinderrassen Cherneford und Aberdeen-Angus erfolgte nach Quantität und Qualität des Fleisches, der Rassen Chernzey und Jersey - zur Milchproduktion. Schafe der Rassen Champshire und Suffalan reifen schnell und produzieren gutes Fleisch, sind aber weniger robust und weniger aktiv bei der Nahrungssuche als beispielsweise schottische Schwarzgesichtsschafe. Diese Beispiele zeigen, dass es unmöglich ist, alle für eine maximale wirtschaftliche Wirkung notwendigen Merkmale in einer Rasse zu vereinen.

Bei der künstlichen Selektion erzeugt eine Person eine gezielte selektive Aktion, die zu einer Veränderung der Häufigkeit von Allelen und Genotypen in einer Population führt. Dies ist ein evolutionärer Mechanismus, der zur Entstehung neuer Rassen, Linien, Varietäten, Rassen und Unterarten führt. Die Genpools all dieser Gruppen sind isoliert, aber sie behalten die grundlegende Gen- und Chromosomenstruktur bei, die für die Art charakteristisch ist, zu der sie noch gehören. Es liegt nicht in der Macht des Menschen, eine neue Art zu erschaffen oder eine ausgestorbene Art wiederherzustellen!

Darwin unterschied zwischen methodischer oder systematischer Selektion und unbewusster Selektion innerhalb der künstlichen Selektion. Mit methodischer Selektion hat sich der Züchter ein ganz bestimmtes Ziel gesetzt, neue Rassen zu züchten, die alles übertreffen, was in dieser Richtung geschaffen wurde. Die unbewusste Auswahl zielt darauf ab, die bereits vorhandenen Qualitäten zu erhalten.

In der modernen Zucht gibt es zwei Formen der künstlichen Selektion: Inzucht und Auszucht. Inzucht basiert auf der selektiven Kreuzung nahe verwandter Individuen, um besonders wünschenswerte Eigenschaften zu erhalten und zu verbreiten. Outbreeding ist die Kreuzung von Individuen aus genetisch unterschiedlichen Populationen. Die Nachkommen solcher Kreuzungen sind ihren Eltern normalerweise überlegen.

Die Entstehung von Geräten. Die relative Natur der Fitness.

Das Ergebnis der natürlichen Selektion ist die Entstehung von Zeichen, die es den Organismen ermöglichen, sich an die Existenzbedingungen anzupassen. Daraus entstand die Idee der adaptiven Natur der Evolution. Basierend auf dem Studium der Entstehung von Anpassungen (Anpassungen) entstand eine ganze Richtung in der Biologie - die Anpassungslehre. Adaptive Zeichen oder Anpassungen werden in physiologische und morphologische unterteilt.

Physiologische Anpassungen. Die Fülle und große Bedeutung kleiner physiologischer Mutationen für die Vitalität des Organismus tragen dazu bei, dass die Differenzierung in Populationen beginnt. Dies ist verständlich, wenn Mutationen ihrem Wesen nach biologische Veränderungen sind, die in erster Linie zu Veränderungen in den Abläufen des intrazellulären Stoffwechsels und erst dadurch zu morphologischen Veränderungen führen. Beispiele sind Merkmale eines Organismus wie Resistenz gegenüber bekannten Temperaturen, Fähigkeit zur Akkumulation von Nährstoffen, allgemeine Aktivität usw. Sie bewirken leicht eine Verschiebung in beide Richtungen und können in beiden Fällen günstig sein. Die Untersuchung der Keimung von Rotkleesamen bei verschiedenen Temperaturen zeigte, dass die höchste prozentuale Keimung bei + 12 ° C gegeben ist, einige Samen jedoch nur im Bereich von + 4 bis 10 ° C keimen. Dies trägt zum Überleben der Art bei niedrigen Frühlingstemperaturen bei.

Die tierische Pigmentierung nähert sich in ihrer Entwicklung und Variabilität physiologischen Merkmalen an. Höhere oder niedrigere Farbintensität kann unter entsprechenden allgemeinen Hintergrund- und Lichtverhältnissen Schutzwerte haben. Dies sind bereits morphologische Anpassungen.

Harrisons bekannte Studien zeigten den Mechanismus des bloßen Auftretens von Unterschieden in der Färbung zweier Schmetterlingspopulationen, die aus einer zusammenhängenden Population hervorgingen, als ein Wald durch eine große Lichtung geteilt wurde. In dem Teil des Waldes, in dem Kiefern durch Birken ersetzt wurden, führte die natürliche Selektion (vorwiegendes Fressen von dunkleren Exemplaren durch Vögel) zu einer deutlichen Aufhellung der Tagfalterpopulation.

Schon C. Darwin machte darauf aufmerksam, dass die Insekten der Inseln entweder gute Flieger sind oder reduzierte Flügel haben. Ein solches Phänomen wie die Verringerung von Organen, die ihre Bedeutung verloren haben, ist nicht schwer zu erklären, da die meisten Mutationen genau mit dem Phänomen der Unterentwicklung verbunden sind.

Eine Analyse von Anpassungen hat gezeigt, dass sie Organismen nur unter bestimmten Bedingungen überleben lassen. Dies kann sogar durch die Analyse der von uns gegebenen Beispiele verstanden werden. Wenn Birken gefällt werden, werden leichte Schmetterlinge zu einer leichten Beute für Vögel. Dieselben Vögel, die unter den Inseln aufgetaucht sind, zerstören Insekten mit reduzierten Flügeln. Diese Fakten zeigen bereits, dass Fitness nicht absolut, sondern relativ ist.

Beweise für die Evolution der organischen Welt.

Der Darwinismus ist seit langem eine allgemein akzeptierte Doktrin. Aus den niedrigsten darwinistischen Ideen können alle historischen Transformationen der organischen Welt auf der Erde erklärt werden.

Ende des 19. Jahrhunderts, als die Zahl der Befürworter der Evolutionslehre von Charles Darwin geringer war als die der Gegner, begannen die Anhänger von Charles Darwin, Beweise für die Existenz der Evolution der organischen Welt zu sammeln.

Arbeiten in dieser Richtung wurden in den Bereichen Paläontologie, vergleichende Morphologie, vergleichende Anatomie, Embryologie, Biogeographie, Biochemie usw. durchgeführt.

Paläontologische Funde als Beweis der Evolution.

Während des Bestehens der wissenschaftlichen Biologie haben sich zahlreiche paläontologische Funde ausgestorbener Pflanzen und Tiere angesammelt. Diese Funde wurden besonders wertvoll, als die Wissenschaftler lernten, das Alter der Ablagerungen zu bestimmen, in denen sie gefunden wurden. Es war nicht nur möglich, das Aussehen fossiler Organismen wiederherzustellen, sondern auch die Zeit anzugeben, in der sie auf unserem Planeten lebten. So wurden Reste von Samenfarnen gefunden, die eine Zwischenform zwischen Farnen und Samenpflanzen waren. Ein Stegocephalus wurde entdeckt – eine Zwischenform zwischen Fisch und Amphibien. Aus den permischen Vorkommen ist die Tierzahneidechse bekannt, die eine Zwischenform zwischen Reptilien und Säugetieren darstellt. Es gibt noch viele weitere solcher Beispiele.

Vergleichende morphologische und embryologische Beweise der Evolution.

Vergleichende morphologische Beweise basieren auf Konzepten: Analogie und Homologie von Organen, auf dem Konzept von Rudimenten und Atavismen. Besonders wertvoll beim Nachweis der Evolution sind Homologie, Rudimente und Atavismen.

Beispiele für homologe Organe umfassen die Vorderbeine von Wirbeltieren; Froschpfoten, Eidechsen, Vogelflügel, Flossen von Wassersäugetieren, Maulwurfspfoten, menschliche Hände. Alle haben einen einheitlichen Bauplan und bilden eine evolutionsmorphologische Gattung. Zu solchen klaren Beweisen der Evolution gehört die Anwesenheit von „Schwanzmenschen“ in der menschlichen Rasse und Menschen, deren Haaransatz die gesamte Körperoberfläche bedeckt.

Als einer der Hauptbeweise der Evolution gelten Informationen über die embryonale Entwicklung von Organismen, die zur Entstehung einer neuen Richtung in der Biologie beigetragen haben - der Evolutionsbiologie. Für die Evolution spricht bereits die Tatsache, dass alle Vielzeller in ihrer Embryonalentwicklung Keimblätter haben, aus denen sich auf unterschiedliche Weise verschiedene Organe bilden. Der Embryo „erinnert“ sich in seiner Entwicklung sozusagen an die Stadien, die seine Vorfahren durchlaufen haben.

Beweise für die Evolution aus Ökologie und Geographie.

Biochemische Beweise für die Evolution.

Ein schlagender Beweis für die Evolution ist das Vorhandensein eines einzigen Erbmaterials - DNA und die Fähigkeit verschiedener Gruppen von Organismen, verschiedene Teile des Genoms im Lebensprozess "anzuschalten"!

Die Hauptrichtungen des Evolutionsprozesses.

Der Evolutionsprozess geht kontinuierlich weiter im Zeichen der Anpassung der Organismen an die Umwelt.

Die Hauptrichtungen des Evolutionsprozesses sollten als biologischer Fortschritt, biologische Stabilisierung und biologische Regression betrachtet werden.

Klare Definitionen dieser Phänomene wurden von A. N. Severtsov gegeben.

Biologischer Fortschritt bedeutet eine Steigerung der Anpassungsfähigkeit eines Organismus an seine Umwelt, was zu einer Zunahme der Anzahl und einer größeren Verbreitung einer bestimmten Art im Weltraum führt. Ein Beispiel für biologischen Fortschritt ist die Entwicklung des Atmungssystems von der Kiemenatmung zur Lungenatmung. Dieser Prozess führte zur Eroberung des Land- und Luftraums durch Tiere.

Laut A. N. Severtsov bedeutet biologische Stabilisierung, die Fitness des Körpers auf einem bestimmten Niveau zu halten. Der Körper verändert sich entsprechend den Veränderungen in der Umgebung. Ihre Zahl nimmt nicht zu, aber sie nimmt auch nicht ab.

Bei Pflanzen nimmt mit abnehmender durchschnittlicher Jahrestemperatur die Anzahl der bedeckenden Haare der Epidermis zu. Dieses Phänomen ermöglicht es allen Individuen zu überleben, aber es gibt keinen Vorteil gegenüber anderen Arten, da sie die gleiche Reaktion zeigen.

Der biologische Fortschritt ist von größter Bedeutung in der Evolution, daher wird in der Biologie dem Studium des biologischen Fortschritts viel Aufmerksamkeit geschenkt.

Als Hauptrichtungen des biologischen Fortschritts gelten Aromorphosen und Ideoadaptation, neben anderen biologischen Fortschrittsrichtungen kann man auch die allgemeine Degeneration nennen.

Aromorphosen sind adaptive Veränderungen, bei denen eine Erweiterung der Lebensbedingungen mit einer Komplikation der Organisation und einer Zunahme der Vitalaktivität einhergeht. Als klassisches Beispiel für Aromorphose sollte die Verbesserung der Lungen bei Vögeln und Säugetieren, die vollständige Trennung von arteriellem und venösem Blut im Herzen von Vögeln und Säugetieren, die Funktionstrennung in Plastiden höherer Pflanzen angesehen werden.

Ideologische Anpassungen sind Evolutionsrichtungen, in denen einige Anpassungen durch andere ersetzt werden, die ihnen biologisch äquivalent sind. Ideologische Anpassungen sind im Gegensatz zu Aromorphosen privater Natur. Ein Beispiel für ideologische Anpassungen ist die Evolution des oralen Apparats von Insekten, der so geformt wurde, dass er sich an die Umwelt und die Koevolution anpasst.

Allgemeine Degeneration - adaptive Veränderungen bei erwachsenen Nachkommen, bei denen die Gesamtenergie der Vitalaktivität abnimmt. Es bezieht sich auf die Richtungen des biologischen Fortschritts, da die während der Degeneration auftretende Verkleinerung einiger Organe von der kompensatorischen Entwicklung anderer Organe begleitet wird. So geht bei Höhlen- und unterirdischen Tieren die Abnahme der Sehorgane mit der kompensatorischen Entwicklung anderer Sinnesorgane einher.

Menschliche Ursprünge.

In der Anthropologie gibt es mehrere Standpunkte dazu, wann der menschliche Zweig isoliert wurde. Einer Hypothese zufolge wurden Affenmenschen vor etwa 10 Millionen Jahren in drei Arten eingeteilt. Eine Art - Pragorillas - ging in die Bergwälder, wo sie sich mit vegetarischer Nahrung begnügten. Eine andere Art – Proschimpanse – wählte eine Lebensweise in der Gruppe. Die Hauptnahrung für ihn waren Affen kleiner Arten. Die dritte Spezies – die Vormenschen – jagten bevorzugt im reichen Leben der Savanne. Dies war der Zweig, der zum modernen Menschen führte.

Gemäß der modernen Hypothese von Tim Vyton, einem Anthropologen an der University of California in Berkeley, spalteten sich die Zweige des Urmenschen und des Menschenaffen erst vor fünf Millionen Jahren. Timan White glaubt, dass sich der damals erschienene Australopithecus ramidus je nach den Umständen entweder auf vier oder auf zwei Gliedmaßen bewegte. Und wahrscheinlich vergingen Hunderttausende von Jahren, bis die gemischte Bewegung durch Zweibeinigkeit ersetzt wurde.

Vor etwa drei Millionen Jahren gab der Zweig des Menschen zwei Entwicklungslinien. Einer von ihnen führte zu einer ganzen Galaxie aufrechter Australopithecus-Arten, der andere führte zur Entstehung einer neuen Gattung namens Homo.

Allgemeine Biologie.

Beihilfe zum Eintritt in Universitäten.

Zusammengestellt von: Galkin M. A.

Das Handbuch stellt Materialien zum Verlauf der allgemeinen Biologie vor, die von der Theorie der Entstehung des Lebens auf der Erde bis zur Lehre von der Biosphäre reichen.

Das Handbuch richtet sich an Studienbewerber, Gymnasiasten, Studienkollegs und Fachbereiche.

Vorwort.

Das Handbuch wird gemäß dem Programm für Bewerber an Universitäten der Russischen Föderation erstellt, an denen Biologie ein allgemeines Fach ist.

Der Zweck dieses Handbuchs besteht darin, dem Bewerber bei der Vorbereitung auf die Aufnahmeprüfungen zu helfen. Darin unterscheidet es sich vom Schulbuch „Allgemeine Biologie“, das kognitiver Natur ist.

Bei der Erstellung des Handbuchs wurden zunächst die Anforderungen an Aufnahmeprüfungen berücksichtigt. Dies gilt sowohl für den Inhalt als auch für den Umfang des im Handbuch angegebenen Materials.

Die Beihilfe richtet sich an Bewerberinnen und Bewerber, die die Sekundarstufe abgeschlossen haben oder an den Studienkollegs Allgemeine Biologie studieren.

Das Handbuch enthält einige Abschnitte nicht, die traditionell im Kurs "Allgemeine Biologie" behandelt werden. Diese sind „Zellstruktur“, „Zellteilung“, „Photosynthese“.

Das Material zu diesen Abschnitten ist im Handbuch für Bewerber an Universitäten aufgeführt, das von Galkin M.A.

Alle Kommentare und Vorschläge zu Form und Inhalt des Handbuchs werden mit Dankbarkeit entgegengenommen.

Manueller Compiler.

Die Wissenschaft der Gesetze, die allen Lebewesen gemeinsam sind. Es untersucht die allgemeinen Lebensgesetze und jene Merkmale, die für alle Arten von Lebewesen charakteristisch sind, unabhängig von ihrer systematischen Position. Was ist der Unterschied zwischen lebenden und nicht lebenden Dingen, was sind die wichtigsten und gemeinsamen Muster von Lebensphänomenen für alle Organismen - die Beantwortung dieser Fragen ist die Aufgabe der allgemeinen Biologie.

Stoff- und Energieaustausch zwischen Organismus und Umwelt, Fortpflanzungsfähigkeit, Vererbung und Variabilität sind integrale Eigenschaften aller Organismen. Diese Eigenschaften sind die Grundlage der Evolution - der unumkehrbaren historischen Entwicklung der belebten Natur, die mit der Anpassung von Organismen an die Existenzbedingungen, der Bildung und dem Aussterben von Arten, der Transformation von Biogeozänosen und der Biosphäre als Ganzes einhergeht. Als Ergebnis der Evolution entstand eine vielfältige Welt von Lebewesen.

Es gibt mehrere strukturelle und funktionelle Ebenen der Organisation des Lebens (lebende Materie). Die untere, die älteste, ist suborganisch. Dies ist die Ebene der molekularen Strukturen, auf der die Grenze zwischen Lebendigem und Unbelebtem verläuft. Die nächste Ebene ist zellular. Die Zelle, ihre Strukturen und grundlegenden biochemischen Prozesse sind in allen Organismen ähnlich. Es folgt die Ebene des Gesamtorganismus. Die integralen Eigenschaften aller Organismen sind Fortpflanzungsfähigkeit, Vererbung und Variabilität. Eine komplexere Ebene der Lebensorganisation ist die Populations-Arten-Ebene. Die höchste Ebene ist das Ökosystem, biosphärisch-biogeozenotisch, auf dem Gemeinschaften von Tier- und Pflanzenpopulationen zusammen mit ihrem Lebensraum eine funktionale und strukturelle Einheit bilden. Die Integrität von Ökosystemen (Biogeozänosen, Biosphäre) wird durch den Stoff- und Energieaustausch zwischen ihren Bestandteilen bestimmt.

Die Allgemeine Biologie untersucht die Gesetze, die für alle Ebenen der Lebensorganisation charakteristisch sind. Die Bedeutung dieser Disziplin ist außerordentlich groß sowohl bei der Herausbildung einer materialistischen Weltanschauung als auch in einer Reihe von lebenswichtigen Bereichen menschlichen Handelns. Sie gewinnt für die Land-, Forst- und Fischereiwirtschaft, die Biotechnologie, die Medizin, die rationelle Nutzung natürlicher Ressourcen und den Naturschutz zunehmend an praktischer Bedeutung.

Die Biologie dient als theoretische Grundlage für die landwirtschaftliche Produktion. Viele seiner Abschnitte stehen in direktem Zusammenhang mit Pflanzenbau und Tierhaltung. Die Versorgung der stetig wachsenden Weltbevölkerung mit Nahrungsmitteln ist ohne die Schaffung neuer ertragreicher Sorten landwirtschaftlicher Nutzpflanzen und produktiver Haustierrassen nicht möglich. Dies kann nur erreicht werden, wenn man die Gesetze der Vererbung und Variabilität kennt. Dank Entdeckungen in der Molekularbiologie entwickelt sich die Biotechnologie - die Produktion von Enzymen, Hormonen, Futterproteinen und Aminosäuren mit Hilfe von Mikroorganismen. Steigerung der Bodenfruchtbarkeit, Schaffung von Bedingungen für den Erhalt nachhaltiger programmierter Pflanzen - diese Umweltaufgaben sollten von Agronomen-Biologen gelöst werden.

Die Biologie beschäftigt sich mit der biologischen Form der Bewegung der Materie, also der Gesamtheit der weiterlebenden Organismen einschließlich des Menschen. Aufgrund der großen Vielfalt von Vertretern des Lebens auf der Erde ist die Biologie ein Komplex verschiedener biologischer Wissenschaften und umfasst Botanik, Mykologie (Wissenschaft der Pilze), Zoologie, einen Komplex von Wissenschaften über eine Person als biologisches Objekt, allgemeine Biologie und andere Wissenschaften. Nachfolgend finden Sie allgemeine Ideen zur Biologie und ihren Bestandteilen.

Die Biologie ist ein Komplex von Wissenschaften, die alle lebende Materie und die von ihr gebildeten Organismen untersuchen.

Welche Wissenschaften umfasst die Biologie:

Botanik ist eine Wissenschaft, die die biologischen Eigenschaften von Pflanzen untersucht. Die Gesamtheit aller Pflanzen auf der Erde wird als Flora der Erde bezeichnet. Traditionell studieren sie neben Pflanzen im Rahmen der Botanik auch Pilze, Viren, die im engeren Sinne nicht zu den Pflanzen, sondern zu anderen Organismenreichen gehören. Pilze bilden also ein besonderes Reich der Pilze, und die Wissenschaft der Pilze wird Mykologie genannt.

Zoologie ist die Wissenschaft, die das Tierreich untersucht.

Die Gesamtheit aller auf der Erde lebenden Tiere wird als Fauna der Erde bezeichnet. Es ist üblich, über die Fauna eines bestimmten Gebiets, einer bestimmten Region usw. zu sprechen.

Die biologischen Eigenschaften einer Person werden von einem ganzen Komplex von Wissenschaften untersucht: Anatomie, menschliche Hygiene (trotz der Tatsache, dass eine Person eine strukturelle Einheit des Tierreichs ist, gehört sie zur Ordnung der Primaten, der Familie der Menschenaffen, der Gattung Mensch, der Verstand eines vernünftigen Menschen).

Die Allgemeine Biologie ist ein spezieller Zweig der Biologie, der die allgemeinsten Muster der biologischen Form der Existenz von Materie untersucht.

Auf der gegenwärtigen Entwicklungsstufe der Biologie ist die allgemeine Biologie ein Komplex von Wissenschaften, bestehend aus getrennten, ziemlich unabhängigen, aber eng miteinander verbundenen Wissenschaften: Molekularbiologie, Zytologie, Entwicklungs- und Reproduktionstheorie, Genetik, Selektion, Evolutionstheorie, Ökologie. Im Fach Allgemeine Biologie werden diese Wissenschaften in Form von Abschnitten dargestellt, die im Studiengang Allgemeine Biologie mit den Grundlagen der Ökologie und des Umweltschutzes folgende sind:

1. Zytologie - ein Abschnitt, der die Zelle, ihre chemische Zusammensetzung, in der Zelle ablaufende biochemische Prozesse, die Struktur und Funktionen einzelner Zellorganellen untersucht.

2. Die Lehre von der individuellen Entwicklung - Ontogenese - ein Abschnitt, der die Lehre von der Fortpflanzung und Entwicklung von Organismen umfasst (eng verwandt mit der Zytologie).

3. Genetik mit den Grundlagen der Selektion - ein Abschnitt, der die Vererbungsmuster, die Variabilität, ihre materiellen Träger (Genetik), Prinzipien und Methoden zur Züchtung neuer Tierrassen, Pflanzensorten und Stämme von Mikroorganismen (Züchtung) betrachtet; Die theoretische Grundlage der Selektion ist die Genetik.

4. Evolutionslehre (Theorie) - ein Abschnitt, der die Phylogenie (historische Entwicklung der Arten) untersucht; ein integraler Bestandteil dieser Doktrin ist der Darwinismus; Die Grundlage dieser Lehre (Theorie) sind Genetik, Selektion und andere biologische Wissenschaften.

5. Ökologie mit den Grundlagen des Umweltschutzes - ein Abschnitt, der die Beziehung der Organismen untereinander, zur Umwelt sowie den menschlichen Einfluss auf die Natur und Möglichkeiten zur Überwindung der negativen Folgen dieses Einflusses betrachtet.

Die Allgemeine Biologie ist eng mit dem Komplex der Medizin- und Agrarwissenschaften verflochten, da sie einerseits deren Basis sind und andererseits diese Wissenschaften reichhaltiges Faktenmaterial zur Veranschaulichung allgemeiner biologischer Muster liefern. Kenntnisse und Verständnis der Probleme der allgemeinen Biologie sind ohne Kenntnisse in Mathematik, Chemie, Physik, Geologie, Astronomie, Philosophie und anderen Wissenschaften des natürlichen und menschlichen Kreislaufs unmöglich. Ohne Kenntnis der Grundlagen der Organischen Chemie ist es daher unmöglich, die Molekularbiologie, die zugrunde liegenden Probleme der Stoffwechselökologie oder Fragen der Zytologie zu verstehen. All dies macht es notwendig, sich Kenntnisse allgemeiner biologischer Art sowie Kenntnisse anderer Naturwissenschaften, Mathematik und Geisteswissenschaften tief anzueignen.

Die Kenntnis allgemeiner biologischer Konzepte und Muster ist für jeden Menschen von großer Bedeutung, da sie die Grundlage für das Verständnis der Hauptprobleme der Ökologie (als eines speziellen Wissenszweigs) darstellen, ohne deren Beherrschung ein moderner Mensch nicht in der Lage sein wird, darin zu überleben immer komplizierter werdende Umweltsituation auf unserem Planeten.

Allgemeine Biologie

Es sei darauf hingewiesen, dass laut Wissenschaftlern in der modernen Wissenschaft, deren Ergebnisse normalerweise in Zeitschriften mit hohem Impact-Faktor veröffentlicht werden, eine Wissenschaft wie "Allgemeine Biologie" (Allgemeine Biologie), ähnlich wie "Allgemeine Physik", dies nicht tut existieren. Allerdings werden Bachelor-Studiengänge des ersten Studienjahres an führenden Universitäten angeboten, dh „Allgemeine Biologie“ existiert nur als Einführungskurs in die Biologie.

Geschichte

1802 taucht der Begriff Biologie auf. G. R. Treviranus definiert Biologie als die Wissenschaft von allgemeinen Merkmalen bei Tieren und Pflanzen sowie speziellen Fachgebieten, die von seinen Vorgängern, insbesondere C. Linnaeus, studiert wurden.

1832 erschien das Buch „Allgemeine Biologie der Pflanzen“ (Greyfsv., 1832), das eine Übersetzung des Buches „Lärobok i botanik“ von Karl Agar ist.

Bereits 1883 wurden an der University of New Zealand Kurse in Allgemeiner Biologie gelehrt.

In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde allgemeine Biologie als eigenständiger Kurs unterrichtet, der mit Fortschritten in der Erforschung der Zelle, der mikrobiologischen Forschung, den Entdeckungen der Genetik, kurz gesagt, der Umwandlung der Biologie von einem Hilfsmittel verbunden war , private, beschreibende Wissenschaft (Zoologie, Botanik, Systematik) zu einem eigenständigen und äußerst gefragten Fachgebiet.

1940 gründete Akademiemitglied I. I. Shmalgauzen das Journal of General Biology.

Anscheinend war das erste Buch (Lehrbuch) über allgemeine Biologie in russischer Sprache V. V. Makhovko, P. V. Makarov, K. Yu.

Als akademische Disziplin wird Allgemeine Biologie seit 1963 an Gymnasien unterrichtet, und 1966 wurde das Buch "Allgemeine Biologie" veröffentlicht, herausgegeben von Yu.I. Polyansky, das als Lehrmittel verwendet wurde.

Hauptabschnitte

Traditionell umfasst die allgemeine Biologie: Zytologie, Genetik, biologische Chemie, Molekularbiologie, Biotechnologie [ nicht in der Quelle], Ökologie, Entwicklungsbiologie, Evolutionstheorie, die Lehre von der Biosphäre und die Lehre vom Menschen (biologischer Aspekt) [nicht in der Quelle] .

Bedeutung der Allgemeinen Biologie

Verwandte Wissenschaften

Theoretische Biologie

siehe auch

• private Biologie

Anmerkungen

Literatur

• Jane M. Oppenheimer, Reflexionen über fünfzig Jahre Veröffentlichungen zur Geschichte der allgemeinen Biologie und speziellen Embryologie, Vol. 3, No. 50, nein. 4 (Dezember 1975), S. 373-387
• Grodnitsky D. L., Vergleichende Analyse von Schulbüchern in Allgemeiner Biologie, 2003
• Grundlagen der Allgemeinen Biologie (Kompendium Der Allgemeinen Biologie, DDR) Unter der Gesamtherausgeberschaft von E. Libbert M.: Mir, 1982. 436 Seiten.

Verknüpfungen

Wikimedia-Stiftung. 2010 .

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Bücher

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