Vorlesung I. Das Problem der Selbstreproduktion biologischer Systeme.
Das logische Paradoxon der Selbstreproduktion ("Selbstumkehrung"). Seine Realität: Beispiele (fehlende Template-Reproduktion von Nukleotidsequenzen und/oder Reproduktion geschlossener katalytischer Ketten).
Konservative und nicht-konservative Reproduktion. Beispiele. Konservative Reproduktion ist die einzig mögliche Definition der Selbstreproduktion des „Organismus als Ganzes“. Nicht-konservative Reproduktion - Reproduktion von Körperteilen (Ontogenese). Selektion als einzig logisch mögliche Kombination von konservativer Selbstreproduktion mit Evolution.
Struktur und Informationen. Informationen und Strukturbestandteile der Selbstreproduktion von Phänotypen (Beispiel bei der Reproduktion des Phagen Q?), Schwierigkeiten bei deren Differenzierung. Ähnliche Schwierigkeiten bei der Differenzierung dieser Komponenten in höheren Organismen: das Fehlen grundlegender Unterschiede zwischen somatischen Zellen und Zellen der Keimbahn, der Synkretismus von Genotyp und Phänotyp. Die Unmöglichkeit einer korrekten Definition von Selektion, ohne zwischen den informationellen und strukturellen Komponenten der Selbstreproduktion zu unterscheiden.
Die Lösung des Hauptparadoxons der Selbstreproduktion ist das von Neumann-Theorem. Genotyp, Phänotyp und Ontogenese als logisch notwendige Elemente der Selbstreproduktion lebender Systeme. Die Hauptkonsequenzen des Theorems sind: die Unabhängigkeit der Reproduktionsgenauigkeit von Phänotypen von ihrer Struktur und die Möglichkeit, das Konzept der Fitness einzuführen, d. h. die grundlegende Möglichkeit der Selektionsevolution. Der evolutionär initiale Phänotyp ist eine Struktur, mit deren Hilfe Informationen reproduziert werden.
Vortrag II. Elementarer Lebenszyklus.
Der grundlegende Unterschied zwischen dem elementaren Lebenszyklus und physikalischen und biochemischen Kreisläufen. Herkunft biologischer Information: Trennung von Genotyp und Phänotyp im Zusammenhang mit der Entstehung des genetischen Codes. Der Übergang von der Reproduktion der Struktur zur Selbstreproduktion ihres Lebenszyklus (wenn die Struktur, die Informationen reproduziert, diese nicht verändert). Reproduktionsgenauigkeit als einziges (und einziges) Maß für die Eignung des Phänotyps und den Wert genetischer Informationen in Abwesenheit von Umweltbeschränkungen, wenn der Lebenszykluswettbewerb nur aufgrund von Selbstreproduktionsfehlern entsteht (Zyklusreproduktionsfehler führen zu Konkurrenten). Zyklen und Hyperzyklen, die Vorteile von Hyperzyklen: Kooperation von Polymerasen und vor allem die Entstehung einer eigenen Variabilität im Hyperzyklus.
Die Entstehung von Konkurrenz in Lebenszyklen, wenn die Variabilität von Selbstreproduktionssystemen abnimmt und die Ressource Umwelt erschöpft ist. Der Unterschied zwischen passiver und aktiver Konkurrenz elementarer Lebenszyklen (Hyperzyklen). Mathematische Beschreibung des passiven und aktiven Wettbewerbs.
Die Hauptkonsequenz der Entstehung eines einheitlichen Systems der genetischen Selbstreproduktion von Hyperzyklen ist die Möglichkeit der Selbstreproduktion auf der intraindividuellen und überindividuellen Organisationsebene. Dementsprechend entstehen neue Richtungen der Variabilität - das Mischen von Genen innerhalb von Hyperzyklen und die Vereinigung von Hyperzyklen.
Schließlich führt die Entstehung von Konkurrenz zur Strukturierung von Fitness – der Trennung der reproduktiven Komponente und der Überlebenskomponente. Dementsprechend erscheinen alternative Fortpflanzungsstrategien - aktiv (Fortpflanzung unter Lebensgefahr) und passiv - unter widrigen Bedingungen.
Vortrag IV. Verallgemeinertes mathematisches Modell der kooperativen Selbstreproduktion zweier Gene mit schlechten Promotoren und überlappenden regulatorischen Regionen. „Konkurrenzausschluss“ auf der intra-individuellen Ebene, die Möglichkeit der regulären Reproduktion („Klonen“) alternativer dynamischer Zustände des Hyperzyklus. Die Entstehung ontogenetischer Information, d.h. Fixierung des Entwicklungsweges durch Zufallsauswahl. Die Entstehung der Kompetenz zur Differenzierung von Entwicklungspfaden und infolgedessen die ontogenetische Reaktionsnorm - die Fähigkeit, adaptive Modifikationen zu bilden. Adaptive Modifikationen von Prokaryoten: Übergang zwischen lytischen und lysogenen Regimen in Phagen, SOS - System der Bakterien, System des Zellhungers, adaptive und konstitutive Synthesen, Bildung von Operonen. Der allgemeine Ablauf der Ontogenesebildung: Die Entstehung eines Selbstreproduktionssystems? die Bildung von Hyperzyklen? Sweep-Formation? die Entstehung der Kompetenz, Modi der Selbstreproduktion zu wechseln? die Entstehung adaptiver Modifikationen. Evolution der Lebenszyklen von Prokaryoten basierend auf der Fixierung von Modifikationen.
Kritik am Satz von Neumann. Grobe (physikalische) und nicht grobe (Informations-)Systeme. Der Satz von Neumann gilt für nichtraue Systeme, ohne die Frage nach ihrem Ursprung zu lösen. Mischnatur biologischer Systeme: grobe und nicht grobe Arten der Kodierung genetischer Informationen (Regulationszonen und Leserahmen). Form als Information, nicht raue Systeme können nur auf der Basis anfänglicher Rauhigkeit entstehen.
Der Hauptunterschied zwischen der strukturellen und dynamischen Organisation von Prokaryoten und Eukaryoten ist die Ausdehnung des Entfaltungsprinzips über das Chromosom hinaus, während das Chromosom selbst nicht mehr entfaltet wird. Räumlich-zeitliche Trennung von Zellkern und Zytoplasma, Translation und Transkription, Spleißen.
Vorlesung V. Lebenszyklen von Protozoen. Die Entstehung neuer Wege der Selbstreproduktion auf den intra-individuellen und supra-individuellen Organisationsebenen: die Entstehung von CMP, dem Zentrum für die Bildung von Mikrotubuli, und die Entstehung einer einzigen polaren Achse der Zellbewegung und Selbstreproduktion (Ein Beispiel ist die asexuelle Fortpflanzung von Ciliaten). Selbstreproduktion als Ontogenese. Beispiele für ontogenetische Regulationen (ein Teil bildet ein Ganzes). Amöbenform und Flagellenform als Modulationen (Modifikationen) des Zellphänotyps (Prototypen mesenchymaler und mehrzelliger Epithelzellen). Dubletten von Mikrotubuli (MT) als Analoga von Zellen eines vielzelligen Organismus. Wiedergabe von MT als Mikroscan. Beispiele für nicht-genetische Vererbung von Strukturen bei Ciliaten.
Evolutionsrichtungen in Abhängigkeit vom Schicksal von CFM: einzelnes (nukleares) CFM (die meisten niederen Protozoen), Verdopplung von CFM (höhere Flagellaten) und MT-Polymerisation mit dem Verschwinden von CFM (Ciliaten). Im ersten Fall ist ein einzelliger Organismus während der Reproduktion am anfälligsten (metazoische Mitose und der entsprechende mitotische Zyklus) und wird auf Kosten einer Verkomplizierung seines Lebenszyklus "gerettet".
Einteilung der Lebenszyklen nach der biologischen Bedeutung des Phasenwechsels: Wechsel von sich teilenden und nomadischen (oder zystenbildenden) Zellen, mit Einfügung von palintomischen Teilungen und (oder) Wachstum. Mit der Dominanz der haploiden Generation: n** (oder *)? Gameten* ? Kopulation? 2n (Zyste) ? Meiose** ? n. Mit der Dominanz der diploiden Generation: 2n* ? Meiose (Zyste) Gameten (Siedlung) ? Kopulation **? 2n. Allgemein ausgedrückt: Trophozoide** ? Zoosporen *? trophozoid (* Wachstum, ** palintomische Teilungen). Dies ist nichts weiter als ein Prototyp des Metazoa-Lebenszyklus.
Idealisierter Metazoa-Lebenszyklus: Syngamie, palintomische Phase (Flagellarzellen), monotomische Phase (Amöbenzellen), Gametenbildung.
Vorlesung VI. Ursprung und Evolution der Metazoa-Lebenszyklen. Lebenszyklen von Zwischenformen (Volvox und soziale Amöbe). Ein gemeinsames Merkmal ist die Ablehnung einiger Zellen von der Selbstreproduktion zugunsten anderer Zellen. Für die Bildung des Lebenszyklus ist die Differenzierung von Keim- und Körperzellen nicht erforderlich. Metazoa-Ontogenese als Schaffung einer neuen Form überindividueller Selbstreproduktion (ein Sonderfall der Entstehung von Sozialverhalten) auf der Basis von Zelldifferenzierung. Egoistische Formen der Zellreproduktion bei Volvox und sozialen Amöben. Zelldifferenzierung als räumliche Entfaltung des Zellzyklus (Ausdehnung des Entfaltungsprinzips auf die suprazelluläre Organisationsebene). Epithel und Mesenchym als Primärgewebe.
Syngamie als Zusammenwirken von Eizellen (Mitochondrien, Dotter) und Spermien (CFM). Blastula als primäre Form einer sich ausbreitenden Larve („mehrzellige Zoospore“), ihr evolutionäres Schicksal. Gastrulation als Metamorphose der Primärlarve, die alle Zellen (viele Schwämme) oder einen Teil der Zellen (Schwämme, Hohltiere und höhere Metazoen) erfasst. Das evolutionäre Schicksal der Gastrula (Embryonalgewebe). Ablösung der Keimbahn als sekundäres Phänomen. Unterschied zwischen Geschlechts-, Stamm-, Halbstamm- und differenzierten Zellen. Standard-Organzusammensetzung bei erwachsenen Metazoen. Die Gefahr der egoistischen Reproduktion.
Metagenese als evolutionär initiale Form der Lebenszyklusvariabilität. Die Evolution von Lebenszyklen basierend auf ihrer eigenen individuellen Variabilität und intra-individuellen Variabilität (Neotenie und Akzeleration, Pädomorphose und Hypermorphose). Entfaltung und Zusammenbruch des Lebenszyklus (Deembryonisation und Embryonisation). Übergang von Phasen des Lebenszyklus zu aufeinanderfolgenden Stadien der Ontogenese.
Zusammengestellt von Prof. V.G. Cherdantsev
Der grundlegende Unterschied zwischen sexueller und asexueller Fortpflanzung besteht darin, dass die sexuelle Fortpflanzung:
sichert die genetische Konstanz der Art
kommt nur in höheren Organismen vor
bietet kombinatorische Variabilität
Die biologische Bedeutung der Meiose (des sexuellen Prozesses) liegt in der Bildung von Zellen, die an der sexuellen Fortpflanzung beteiligt sind, in der Aufrechterhaltung der Konstanz der Chromosomenzahl der Art; Bedingungen schaffen für kombinatorische Variabilität und willkürliche Divergenz der elterlichen Chromosomen in Gameten. Sporen von Moosen, Farnen und einigen anderen Pflanzengruppen werden durch meiotische Mittel gebildet. Eine Verletzung der Meiose führt zu pathologischen Veränderungen.
Wie viele Spermien werden durch Spermatogenese aus zwei primären Keimzellen gebildet?
Spermatogenese ist der Prozess der Umwandlung von diploiden Spermatogonien (den Vorläufern von Keimzellen) in Spermatozoen. Spermatozoen gehen nach der zweiten Teilung zur zweiten meiotischen Teilung über, wodurch 4 haploide Geschlechtszellen gebildet werden. Nach der Differenzierung werden sie zu reifen Spermien. Darauf aufbauend werden aus den beiden primären Keimzellen infolge der Spermatogenese acht Spermien.
Der Unterschied zwischen Oogenese und Spermatogenese ist folgender:
Bei der Oogenese werden vier äquivalente Gameten gebildet, bei der Spermatogenese einer
Bei der Oogenese wird ein vollständiger Gamet gebildet, bei der Spermatogenese vier
Eier enthalten mehr Chromosomen als Spermien
Merkmale der Spermatogenese und Oogenese sind, dass bei der Bildung von Spermien, jeweils von vier Tochterzellen vollständig sind und das Ei befruchten können. Aber während der Reifung von Eizellen erfolgt die meiotische Teilung anders: Das Zytoplasma wird ungleichmäßig zwischen den Tochterzellen verteilt. Allerdings nur eines der vier gebildeten Zellen wird es zu einem lebensfähigen Ei.
Wie viele Teilungen der ursprünglichen Zelle finden bei der Gametogenese statt?
Bei der Gametogenese die Elternzelle einmal teilen.
Die Anzahl der im Körper gebildeten Keimzellen kann höchstwahrscheinlich abhängen von:
Speicherung von Nährstoffen in der Zelle
individuelles Alter
Wahrscheinlichkeiten, Gameten miteinander zu treffen
Asexuelle Fortpflanzung dominiert den Lebenszyklus:
Hydra
Haie
Maikäfer
Im Leben einer Hydra asexuelle Fortpflanzung dominiertüber den Boden. Die asexuelle Fortpflanzung erfolgt durch Knospung. Am Körper der Hydra tritt ein Vorsprung auf, der das Ekto- und Endoderm erfasst. Die resultierende Niere nimmt an Größe zu, an ihrer Basis bildet sich eine Verengung und eine von Tentakeln umgebene Mundöffnung erscheint. Die gebildete junge Hydra knospt vom Elternteil ab.
Gameten in Farnen werden gebildet:
auf den Blättern
bei Streitigkeiten
auf Sprossen
Der Gametophyt in einem Farn beginnt mit der Entwicklung einer winzigen, blassgrünen Kette algenähnlicher Zellen. Dann bildet sich daraus eine flache herzförmige Membranstruktur - sprießen mit zahlreichen Rhizoiden in der Mitte der Unterseite. An der gleichen Stelle bilden sich auf der Unterseite Antheridien und Archegonien. Antheridien erscheinen normalerweise früher und Archegonien später. In den Antheridien werden zahlreiche spiralig gewundene, viele Flagellen aufweisende Spermatozoen gebildet.
Endosperm in Blütenpflanzen wird durch Fusion gebildet.
Sperma und Eier
Polkern und Spermien
zwei polare Kerne und Spermien
Nachdem eines der Spermien das Ei befruchtet hat, bildet sich eine diploide Zygote (aus ihr entwickelt sich der Embryo eines neuen Pflanzenorganismus). Zweite Spermien verschmelzen mit zwei polaren Kernen(oder mit zentralem diploidem Zellkern) eine triploide Zelle bilden, aus der später das Nährgewebe, das Endosperm, entsteht. Seine Zellen enthalten Nährstoffe, die für die Entwicklung des Pflanzenembryos notwendig sind.
Es kommt zu einer doppelten Befruchtung
Kuckuck Flachs Moos
Schottische Kiefer
Kamille officinalis
Kamille gehört zu den Angiospermen oder Blütenpflanzen, während Kiefer und Moos zu verschiedenen Gruppen gehören. Blütenpflanzen werden charakterisiert doppelte Befruchtung.
Eine Fortpflanzungsform, bei der die Erbinformation des Nachwuchses mit der der Mutter identisch ist.
sexuell
asexuell
Knospung
Fortpflanzungsform, bei der aus einer Zygote ein neuer Organismus entsteht.
sexuell
asexuell
beide Antworten sind richtig
Bei sexuell Reproduktion entsteht ein Individuum jeder nächsten Generation als Ergebnis der Fusion zweier spezialisierter haploider Zellen - Gameten. Am häufigsten werden Gameten in speziellen Organen männlicher und weiblicher Individuen gebildet. Als Ergebnis der Befruchtung befinden sich die Chromosomen von Ei und Sperma im selben Kern, es entsteht eine Zygote - die erste Zelle eines neuen Organismus.
Der Wert des Überquerens in der Meiose.
erhöht die Spermienzahl
verringert die Anzahl der Eier
Beim Crossing Over werden identische Regionen homologer Chromosomen ausgetauscht. Das erhöht die genetische Vielfalt der Keimzellen, da durch diesen Prozess Chromosomen gebildet werden, die sowohl die Gene des Vaters als auch der Mutter tragen. Somit liegt der Meiose die kombinative Variabilität zugrunde.
Was ist der Vorteil der doppelten Befruchtung bei Angiospermen?
bei der Bildung von mechanischem Gewebe
bei der Bildung von Nährgewebe
bei der Embryonalbildung
Aus dem Vergleich zweier Fortpflanzungsmethoden - asexuell und sexuell - kann geschlossen werden, dass asexuelle Fortpflanzung zum Auftreten von Individuen führt, die genetische Kopien des Elternteils sind. Diese Methode ist ideal für die Zucht unter stabilen, unveränderlichen Umweltbedingungen. Im Gegenteil, die sexuelle Fortpflanzung fördert die Rekombination elterlicher Gene und damit die Vielfalt der Nachkommen. Diese Fortpflanzungsmethode ist sehr wichtig für den evolutionären Fortschritt der Art ( Wohlstand der Art) in ständig wechselnden Existenzbedingungen.
1. Allgemeine Bestimmungen
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