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A. A. Kamensky, E. A. Kriksunov, V. V. Pasechnik
Biologia. Biologia geral. 10-11 graus

Introdução

Você começa a estudar o curso escolar "Biologia Geral". Este é o nome condicional de uma parte do curso de biologia escolar, cuja tarefa é estudar as propriedades gerais dos seres vivos, as leis de sua existência e desenvolvimento. Refletindo a vida selvagem e o homem como parte dela, a biologia está se tornando cada vez mais importante no progresso científico e tecnológico, tornando-se uma força produtiva. A biologia cria uma nova tecnologia - biológica, que deve se tornar a base de uma nova sociedade industrial. O conhecimento biológico deve contribuir para a formação do pensamento biológico e da cultura ecológica em cada membro da sociedade, sem os quais o desenvolvimento da civilização humana é impossível.

§ 1. Breve história do desenvolvimento da biologia

1. O que a biologia estuda?

2. Que ciências biológicas você conhece?

3. Que biólogos você conhece?

Biologia como ciência. Você sabe bem que a biologia é a ciência da vida. Atualmente, representa a totalidade das ciências da natureza viva. A biologia estuda todas as manifestações da vida: a estrutura, funções, desenvolvimento e origem dos organismos vivos, suas relações em comunidades naturais com o meio ambiente e com outros organismos vivos.

Desde que o homem começou a perceber sua diferença do mundo animal, ele começou a estudar o mundo ao seu redor. No início, sua vida dependia disso. Os povos primitivos precisavam saber quais organismos vivos podem ser comidos, usados ​​como remédios, para fazer roupas e moradias, e quais deles são venenosos ou perigosos.

Com o desenvolvimento da civilização, uma pessoa podia se dar ao luxo de fazer ciência para fins educacionais.

Estudos sobre a cultura dos povos antigos mostraram que eles possuíam amplo conhecimento sobre plantas e animais e os aplicavam amplamente na vida cotidiana.

A biologia moderna é uma ciência complexa, caracterizada pela interpenetração de idéias e métodos de várias disciplinas biológicas, bem como outras ciências - principalmente física, química e matemática.

As principais direções de desenvolvimento da biologia moderna. Atualmente, três direções na biologia podem ser condicionalmente distinguidas.

Primeiro, este biologia clássica. É representado por cientistas naturais que estudam a diversidade da vida selvagem. Eles observam e analisam objetivamente tudo o que acontece na vida selvagem, estudam os organismos vivos e os classificam. É errado pensar que na biologia clássica todas as descobertas já foram feitas. Na segunda metade do século XX. não apenas muitas espécies novas foram descritas, mas também grandes táxons foram descobertos, até reinos (Pogonophores) e até super-reinos (Archaebacteria, ou Archaea). Essas descobertas forçaram os cientistas a dar uma nova olhada em toda a história do desenvolvimento da vida selvagem. Para os verdadeiros cientistas naturais, a natureza é um valor em si mesma. Cada canto do nosso planeta é único para eles. É por isso que eles estão sempre entre aqueles que sentem agudamente o perigo para a natureza ao nosso redor e o defendem ativamente.

A segunda direção é Biologia evolucionária. No século 19 autor da teoria da seleção natural Charles Darwin começou como um naturalista comum: coletou, observou, descreveu, viajou, revelando os segredos da vida selvagem. No entanto, o principal resultado de seu trabalho, que o tornou um cientista famoso, foi uma teoria explicativa da diversidade orgânica.

Atualmente, o estudo da evolução dos organismos vivos continua ativamente. A síntese da genética e da teoria evolutiva levou à criação do chamado teoria sintética da evolução. Mas mesmo agora ainda existem muitas questões não resolvidas para as quais os cientistas evolucionistas estão procurando respostas.

Criado no início do século XX. nosso eminente biólogo Alexander Ivanovich Oparin a primeira teoria científica da origem da vida era puramente teórica. Atualmente, estudos experimentais deste problema estão sendo conduzidos ativamente, e graças ao uso de métodos físico-químicos avançados, importantes descobertas já foram feitas e novos resultados interessantes podem ser esperados.

Charles Darwin (1809-1882)

Alexander Ivanovich Oparin (1894-1980)

Novas descobertas permitiram complementar a teoria da antropogênese. Mas a transição do mundo animal para o homem continua sendo um dos maiores mistérios da biologia.

Terceira direção - biologia física e química, estudar a estrutura de objetos vivos usando métodos físicos e químicos modernos. Esta é uma área da biologia em rápido desenvolvimento, importante tanto em termos teóricos como práticos. Podemos dizer com confiança que novas descobertas nos aguardam na biologia física e química, que nos permitirão resolver muitos problemas que a humanidade enfrenta.

O desenvolvimento da biologia como ciência. A biologia moderna está enraizada na antiguidade e está associada ao desenvolvimento da civilização nos países do Mediterrâneo. Conhecemos os nomes de muitos cientistas notáveis ​​que contribuíram para o desenvolvimento da biologia. Vamos citar apenas alguns deles.

Hipócrates(460 - c. 370 aC) deu a primeira descrição relativamente detalhada da estrutura do homem e dos animais, apontou o papel do meio ambiente e da hereditariedade na ocorrência de doenças. Ele é considerado o fundador da medicina.

Aristóteles(384-322 AC) dividiu o mundo circundante em quatro reinos: o mundo inanimado da terra, água e ar; mundo vegetal; o mundo animal e o mundo humano. Ele descreveu muitos animais, lançou as bases para a taxonomia. Os quatro tratados biológicos que ele escreveu continham quase todas as informações sobre animais conhecidas naquela época. Os méritos de Aristóteles são tão grandes que ele é considerado o fundador da zoologia.

Teofrasto(372–287 aC) estudaram plantas. Ele descreveu mais de 500 espécies de plantas, deu informações sobre a estrutura e reprodução de muitas delas, introduziu muitos termos botânicos. Ele é considerado o fundador da botânica.

Caio Plínio, o Velho(23-79) coletou informações sobre organismos vivos conhecidos na época e escreveu 37 volumes da enciclopédia "Natural History". Quase até a Idade Média, esta enciclopédia foi a principal fonte de conhecimento sobre a natureza.

Cláudio Galeno em suas pesquisas científicas, ele usou amplamente dissecações de mamíferos. Ele foi o primeiro a fazer uma descrição anatômica comparativa do homem e do macaco. Estudou o sistema nervoso central e periférico. Os historiadores da ciência o consideram o último grande biólogo da antiguidade.

Na Idade Média, a religião era a ideologia dominante. Como outras ciências, a biologia durante esse período ainda não havia emergido como um campo independente e existia no mainstream geral das visões religiosas e filosóficas. E embora o acúmulo de conhecimento sobre os organismos vivos continuasse, pode-se falar da biologia como uma ciência naquela época apenas condicionalmente.

O Renascimento é um período de transição da cultura da Idade Média para a cultura dos tempos modernos. As transformações socioeconômicas fundamentais da época foram acompanhadas por novas descobertas na ciência.

O cientista mais famoso desta época Leonardo da Vinci(1452-1519) fez uma certa contribuição para o desenvolvimento da biologia.

Ele estudou o vôo dos pássaros, descreveu muitas plantas, maneiras de conectar os ossos nas articulações, a atividade do coração e a função visual do olho, a semelhança dos ossos humanos e animais.

Na segunda metade do século XV. as ciências naturais começam a se desenvolver rapidamente. Isso foi facilitado pelas descobertas geográficas, que permitiram ampliar significativamente as informações sobre animais e plantas. O rápido acúmulo de conhecimento científico sobre organismos vivos levou à divisão da biologia em ciências separadas.

Nos séculos XVI-XVII. A botânica e a zoologia começaram a se desenvolver rapidamente.

A invenção do microscópio (início do século XVII) possibilitou o estudo da estrutura microscópica de plantas e animais. Organismos vivos microscopicamente pequenos, bactérias e protozoários, invisíveis a olho nu, foram descobertos.

deu uma grande contribuição para o desenvolvimento da biologia Carlos Lineu, propôs um sistema de classificação para animais e plantas.

Karl Maksimovich Baer(1792-1876) em seus trabalhos formulou as principais disposições da teoria dos órgãos homólogos e da lei da semelhança germinal, que lançou as bases científicas da embriologia.

Cláudio Galeno (c. 130 - c. 200)

Carl Linnaeus (1707-1778)

Em 1808, na obra "Filosofia da Zoologia" Jean Baptiste Lamarck levantou a questão das causas e mecanismos das transformações evolutivas e delineou a primeira teoria da evolução.

Um grande papel no desenvolvimento da biologia foi desempenhado pela teoria celular, que confirmou cientificamente a unidade do mundo vivo e serviu como um dos pré-requisitos para o surgimento da teoria da evolução. Carlos Darwin. Os autores da teoria celular são considerados um zoólogo Theodor Schwann(1818-1882) e botânica Matthias Jacob Schleiden (1804–1881).

Com base em inúmeras observações, Charles Darwin publicou em 1859 sua principal obra “Sobre a Origem das Espécies por Meio da Seleção Natural, ou a Preservação de Raças Favorecidas na Luta pela Vida”, na qual formulou as principais disposições da teoria da evolução, propôs os mecanismos de evolução e formas de transformações evolutivas dos organismos.

No século 19 graças ao trabalho Louis Pasteur (1822–1895), Robert Koch (1843–1910), Ilya Ilyich Mechnikov A microbiologia surgiu como uma ciência independente.

O século 20 começou com a redescoberta das leis Gregor mendel, que marcou o início do desenvolvimento da genética como ciência.

Nos anos 40-50 do século XX. na biologia, as ideias e métodos da física, química, matemática, cibernética e outras ciências começaram a ser amplamente utilizados, e os microrganismos foram usados ​​como objetos de estudo. Como resultado, a biofísica, a bioquímica, a biologia molecular, a biologia da radiação, a biônica, etc. surgiram e se desenvolveram rapidamente como ciências independentes.A exploração espacial contribuiu para o nascimento e desenvolvimento da biologia espacial.

Jean Baptiste Lamarck (1774-1829)

Ilya Ilyich Mechnikov (1845-1916)

No século XX. a direção da pesquisa aplicada - biotecnologia. Essa tendência, sem dúvida, se desenvolverá rapidamente no século 21. Você aprenderá mais sobre essa direção no desenvolvimento da biologia ao estudar o capítulo "Fundamentos de Melhoramento Genético e Biotecnologia".

Atualmente, o conhecimento biológico é utilizado em todas as esferas da atividade humana: na indústria e na agricultura, na medicina e na energia.

A pesquisa ecológica é extremamente importante. Finalmente começamos a perceber que o delicado equilíbrio que existe em nosso pequeno planeta é fácil de destruir. A humanidade tem enfrentado uma tarefa difícil - a preservação da biosfera para manter as condições para a existência e desenvolvimento da civilização. É impossível resolvê-lo sem conhecimento biológico e estudos especiais. Assim, na atualidade, a biologia tornou-se uma verdadeira força produtiva e uma base científica racional para a relação entre o homem e a natureza.

Gregório Mendel (1822-1884)

biologia clássica. Biologia evolucionária. Biologia física e química.

1. Que direções no desenvolvimento da biologia você pode destacar?

2. Que grandes cientistas da antiguidade contribuíram significativamente para o desenvolvimento do conhecimento biológico?

3. Por que na Idade Média era possível falar em biologia como ciência apenas condicionalmente?

4. Por que a biologia moderna é considerada uma ciência complexa?

5. Qual é o papel da biologia na sociedade moderna?

Prepare uma mensagem sobre um dos seguintes tópicos:

1. O papel da biologia na sociedade moderna.

2. O papel da biologia na investigação espacial.

3. O papel da investigação biológica na medicina moderna.

4. O papel dos biólogos de destaque - nossos compatriotas no desenvolvimento da biologia mundial.

O quanto as visões dos cientistas sobre a diversidade dos seres vivos mudaram pode ser demonstrado pelo exemplo da divisão dos organismos vivos em reinos.

Nos anos 40 do século XX, todos os organismos vivos eram divididos em dois reinos: Plantas e Animais. O reino vegetal também incluía bactérias e fungos. Mais tarde, um estudo mais detalhado dos organismos levou à atribuição de quatro reinos: Procariotos (Bactérias), Fungos, Plantas e Animais. Este sistema é dado na biologia escolar.

Em 1959, foi proposto dividir o mundo dos organismos vivos em cinco reinos: Procariotos, Protistas (Protozoários), Cogumelos, Plantas e Animais.

Este sistema é frequentemente dado na literatura biológica (especialmente traduzida).

Outros sistemas foram desenvolvidos e continuam a ser desenvolvidos, incluindo 20 ou mais reinos. Por exemplo, propõe-se distinguir três superreinos: Procariotos, Archaea (Archaebacteria) e Eucariotos. Cada reino inclui vários reinos.

§ 2. Métodos de pesquisa em biologia

1. Como a ciência é diferente da religião e da arte?

2. Qual é o principal objetivo da ciência?

3. Que métodos de pesquisa usados ​​em biologia você conhece?

A ciência como esfera da atividade humana. A ciência é uma das esferas da atividade humana, cujo objetivo é o estudo e o conhecimento do mundo circundante. Para o conhecimento científico, é necessário escolher certos objetos de estudo, problemas e métodos para seu estudo. Cada ciência tem seus próprios métodos de pesquisa. No entanto, não importa quais métodos sejam usados, para todo cientista o princípio mais importante é sempre "não dar nada como garantido". A principal tarefa da ciência é construir um sistema de conhecimento confiável baseado em fatos e generalizações que possam ser confirmados ou refutados. O conhecimento científico é constantemente questionado e aceito apenas com evidências suficientes. fato científico (grego factum - feito) é apenas aquilo que pode ser reproduzido e confirmado.

método científico (métodos gregos - o caminho da pesquisa) é um conjunto de técnicas e operações utilizadas na construção de um sistema de conhecimento científico.

Toda a história do desenvolvimento da biologia indica claramente que ela foi determinada pelo desenvolvimento e aplicação de novos métodos de pesquisa. Os principais métodos de pesquisa usados ​​nas ciências biológicas são descritivo, comparativo, histórico e experimental.

método descritivo. Foi amplamente utilizado por cientistas antigos que estavam envolvidos na coleta de material factual e sua descrição. É baseado na observação. Quase até o século XVIII. os biólogos estavam envolvidos principalmente na descrição de animais e plantas, fizeram tentativas de sistematizar primário o material acumulado. Mas o método descritivo não perdeu seu significado hoje. Por exemplo, é usado ao descobrir novas espécies ou estudar células usando métodos modernos de pesquisa.

Método comparativo. Permitiu identificar semelhanças e diferenças entre os organismos e suas partes e começou a ser usado no século XVII. A utilização do método comparativo possibilitou a obtenção dos dados necessários para a sistematização de plantas e animais. No século 19 foi usado no desenvolvimento da teoria celular e na justificação da teoria da evolução, bem como na reestruturação de várias ciências biológicas baseadas nessa teoria. Atualmente, o método comparativo também é amplamente utilizado em diversas ciências biológicas. No entanto, se apenas métodos descritivos e comparativos fossem usados ​​na biologia, ela permaneceria dentro da estrutura da ciência apurada.

método histórico. Este método ajuda a compreender os fatos obtidos, para compará-los com resultados previamente conhecidos. Tornou-se amplamente utilizado na segunda metade do século 19. graças aos trabalhos de Charles Darwin, que, com sua ajuda, fundamentou cientificamente os padrões de aparência e desenvolvimento dos organismos, a formação de suas estruturas e funções no tempo e no espaço. A aplicação do método histórico permitiu transformar a biologia de uma ciência descritiva em uma ciência que explica como os diversos sistemas vivos se originaram e como funcionam.

Método experimental. O uso do método experimental em biologia está associado ao nome William Harvey, que o utilizou em sua pesquisa no estudo da circulação sanguínea. Mas começou a ser amplamente utilizado na biologia apenas a partir do início do século 19, principalmente no estudo de processos fisiológicos. O método experimental permite estudar este ou aquele fenômeno da vida com a ajuda da experiência.

Uma grande contribuição para a aprovação do método experimental em biologia foi dada por G. Mendel, que, estudando a hereditariedade e variabilidade dos organismos, foi o primeiro a utilizar o experimento não apenas para obter dados sobre os fenômenos estudados, mas também para testar a hipótese formulada com base nos resultados obtidos. A obra de G. Mendel tornou-se um exemplo clássico da metodologia da ciência experimental.

William Harvey (1578-1657)

No século XX. o método experimental tornou-se o líder em biologia. Isso se tornou possível devido ao surgimento de novos instrumentos de pesquisa biológica (microscópio eletrônico, tomógrafo, etc.) e à utilização de métodos da física e da química na biologia.

Atualmente, vários tipos de microscopia são amplamente utilizados em experimentos biológicos, incluindo microscopia eletrônica com a técnica de cortes ultrafinos, métodos bioquímicos, vários métodos de cultivo e observação in vivo de culturas de células, tecidos e órgãos, o método de átomos marcados, X análise de difração de raios, ultracentrifugação, cromatografia, etc. Não é por acaso que na segunda metade do século 20. na biologia, toda uma direção se desenvolveu - a criação dos instrumentos mais recentes e o desenvolvimento de métodos de pesquisa.

Cada vez mais usado em pesquisas biológicas modelagem, que é considerada a mais alta forma de experimentação. Assim, está em andamento um trabalho ativo na modelagem computacional dos processos biológicos mais importantes, as principais direções de evolução, o desenvolvimento de ecossistemas ou mesmo toda a biosfera (por exemplo, no caso de mudanças climáticas ou tecnogênicas globais).

O método experimental, aliado à abordagem sistêmico-estrutural, transformou radicalmente a biologia, ampliou suas capacidades cognitivas e abriu novos caminhos para a utilização do conhecimento biológico em todas as esferas da atividade humana.

fato científico. método científico. Métodos de pesquisa: descritivo, comparativo, histórico, experimental.

1. Qual é o principal objetivo e tarefa da ciência?

2. Por que se pode argumentar que o desenvolvimento da biologia foi determinado pelo desenvolvimento e aplicação de novos métodos de pesquisa científica?

3. Qual foi a importância dos métodos descritivos e comparativos para o desenvolvimento da biologia?

4. Qual é a essência do método histórico?

5. Por que o método experimental se tornou mais difundido no século 20?

Sugira métodos de pesquisa que você usará ao estudar o impacto antropogênico em qualquer ecossistema (reservatório, floresta, parque, etc.).

Sugira algumas de suas opções para o desenvolvimento da biologia no século XXI.

Quais doenças, na sua opinião, serão derrotadas pela humanidade com a ajuda de métodos de biologia molecular, imunologia, genética em primeiro lugar.

A pesquisa científica, via de regra, consiste em várias etapas (Fig. 1). Com base na coleta de fatos, um problema é formulado. Para resolvê-lo, hipóteses (hipótese grega - suposição). Cada hipótese é testada experimentalmente no decorrer da obtenção de novos fatos. Se os fatos obtidos contradizem a hipótese, então ela é rejeitada. Se a hipótese for consistente com os fatos e permitir que você faça previsões corretas, ela pode se tornar teoria (Teoria grega - pesquisa). No entanto, mesmo uma teoria verdadeira, à medida que novos fatos são acumulados, pode ser revisada e refinada. Um bom exemplo é a teoria da evolução.

Algumas teorias são para estabelecer uma conexão entre vários fenômenos. isto regulamentos e leis.

Existem exceções às regras, mas as leis sempre se aplicam. Por exemplo, a lei da conservação da energia é válida tanto para a natureza viva quanto para a inanimada.

Arroz. 1. Principais etapas da pesquisa científica

§ 3. Essência da vida e propriedades dos vivos

1. O que é a vida?

2. Qual é considerada a unidade estrutural e funcional do viver?

3. Que propriedades dos seres vivos você conhece?

Essência da vida. Você já sabe que a biologia é a ciência da vida. Mas o que é a vida?

A definição clássica do filósofo alemão Friedrich Engels: “A vida é um modo de existência dos corpos proteicos, cujo ponto essencial é a constante troca de substâncias com a natureza externa que os cerca, e com a cessação desse metabolismo, a vida também cessa. , que leva à decomposição da proteína” - reflete o nível de conhecimento biológico da segunda metade do século XIX

No século XX. Inúmeras tentativas foram feitas para definir a vida, refletindo a complexidade desse processo.

Todas as definições continham os seguintes postulados, refletindo a essência da vida:

– a vida é uma forma especial de movimento da matéria;

- a vida é o metabolismo e a energia do corpo;

- a vida é atividade vital no corpo;

- a vida é a auto-reprodução dos organismos, assegurada pela transferência da informação genética de geração em geração.

A vida é uma forma superior de movimento da matéria em comparação com as formas físicas e químicas de sua existência.

No sentido mais geral vida pode ser definido como ativo, indo com o gasto de energia recebida de fora, manutenção e auto-reprodução de estruturas específicas constituídas por biopolímeros - proteínas e ácidos nucléicos.

Nem os ácidos nucléicos nem as proteínas isoladamente são o substrato da vida. Eles se tornam o substrato da vida apenas quando estão localizados e funcionam nas células. Fora das células - estes são compostos químicos.

De acordo com a definição do biólogo russo V. M. Volkenshtein, "os corpos vivos que existem na Terra são sistemas abertos de autorregulação e autorreprodução construídos a partir de biopolímeros - proteínas e ácidos nucleicos".

propriedades dos vivos. Os seres vivos têm várias propriedades comuns. Vamos listá-los.

1. A unidade da composição química. Os seres vivos são formados pelos mesmos elementos químicos que os objetos inanimados, mas nos seres vivos 90% da massa recai sobre quatro elementos: C, O, N, H, que estão envolvidos na formação de moléculas orgânicas complexas, como proteínas, ácidos nucléicos, carboidratos, lipídios.

2. A unidade da organização estrutural. A célula é uma única unidade estrutural e funcional, bem como uma unidade de desenvolvimento para quase todos os organismos vivos na Terra. Os vírus são uma exceção, mas mesmo neles as propriedades de um ser vivo se manifestam apenas quando estão em uma célula. Não há vida fora da célula.

3. abertura. Todos os organismos vivos são sistemas abertos isto é, sistemas que são estáveis ​​apenas sob a condição de um fornecimento contínuo de energia e matéria do ambiente.

4. Metabolismo e energia. Todos os organismos vivos são capazes de trocar substâncias com o meio ambiente. O metabolismo é realizado como resultado de dois processos inter-relacionados: a síntese de substâncias orgânicas no corpo (devido a fontes externas de energia - luz e alimentos) e o processo de decomposição de substâncias orgânicas complexas com liberação de energia, que é então consumida pelo corpo.

O metabolismo garante a constância da composição química em condições ambientais em constante mudança.

5. auto-reprodução(reprodução). A capacidade de auto-reprodução é a propriedade mais importante de todos os organismos vivos. Baseia-se em informações sobre a estrutura e funções de qualquer organismo vivo, embutido em ácidos nucléicos e fornecendo a especificidade da estrutura e vida de um organismo vivo.

6. Auto-regulação. Qualquer organismo vivo está exposto a condições ambientais em constante mudança. Ao mesmo tempo, certas condições são necessárias para o fluxo de processos vitais nas células. Graças aos mecanismos de auto-regulação, a constância relativa do ambiente interno do corpo é mantida, ou seja, a constância da composição química e a intensidade do curso dos processos fisiológicos são mantidas (em outras palavras, a homeostase é mantida: do grego homoios - o mesmo e estase - estado).

7. Desenvolvimento e crescimento. No processo de desenvolvimento individual (ontogênese), as propriedades individuais do organismo se manifestam gradual e consistentemente e seu crescimento é realizado. Além disso, todos os sistemas vivos evoluem - eles mudam no curso do desenvolvimento histórico (filogênese).

8. Irritabilidade. Qualquer organismo vivo é capaz de responder seletivamente a influências externas e internas.

9. Hereditariedade e variabilidade. A continuidade das gerações é assegurada pela hereditariedade. Descendentes não são cópias de seus pais por causa da capacidade da informação hereditária de mudar - variabilidade.

Algumas das propriedades listadas acima também podem ser inerentes à natureza inanimada. Por exemplo, cristais em uma solução salina saturada podem "crescer". No entanto, esse crescimento não possui aqueles parâmetros qualitativos e quantitativos que são inerentes ao crescimento dos seres vivos.

Uma vela acesa também é caracterizada pelos processos de metabolismo e conversão de energia, mas não é capaz de autorregulação e autorreprodução.

Portanto, todas as propriedades acima em suas agregados característica apenas de organismos vivos.

Vida. Sistema aberto.

1. Por que é tão difícil definir o conceito de "vida"?

2. Qual é a diferença entre a organização química dos organismos vivos e os objetos de natureza inanimada?

3. Por que os organismos vivos são chamados de sistemas abertos?

4. Qual é a diferença fundamental entre os processos metabólicos nos organismos vivos e na natureza inanimada?

5. Qual é o papel da variabilidade e da hereditariedade no desenvolvimento da vida em nosso planeta?

Compare a essência dos processos de crescimento, reprodução e metabolismo na natureza inanimada e nos organismos vivos.

Dê exemplos de propriedades características de um organismo vivo que podem ser observadas em objetos inanimados.

organismo(lat. organizo - organizo) é um indivíduo, um indivíduo (lat. individuus - indivisível), interagindo independentemente com seu ambiente. O termo "organismo" é fácil de entender, mas quase impossível de definir inequivocamente. Um organismo pode consistir em uma única célula e pode ser multicelular. Diferentes organismos coloniais podem consistir em organismos homogêneos, como Volvox, ou ser um complexo de indivíduos altamente diferenciados que compõem um único todo, como a caravela portuguesa, um animal intestinal colonial. Às vezes, mesmo indivíduos separados uns dos outros formam grupos que diferem em certas propriedades individuais: por exemplo, nas abelhas, como em outros insetos sociais, a família possui várias propriedades do organismo.

Célula

Nesta seção, é necessário definir o conceito de "célula", para notar que ela foi descoberta usando um microscópio, e o aprimoramento da tecnologia microscópica permitiu revelar a diversidade de suas formas, a complexidade da estrutura do núcleo, o processo de divisão celular, etc. Cite outros métodos de estudo de células: centrifugação diferenciada, microscopia eletrônica, autorradiografia, microscopia de contraste de fase, análise de difração de raios X; mostrar em que se baseavam esses métodos e o que eles conseguiram descobrir com a ajuda deles.

O principal elemento estrutural de todos os organismos vivos (plantas e animais) é a célula. Mark quem primeiro formulou teoria celular conhecer a sua posição. Os principais componentes de uma célula são: a membrana celular externa, o citoplasma e o núcleo.

Papel membrana biológica inclui lipídios que formam a base da membrana e proteínas de alto peso molecular. Observe a polaridade das moléculas lipídicas e que posição as proteínas podem ocupar em relação aos lipídios. O modelo moderno da membrana biológica adquiriu o nome de "modelo de mosaico fluido universal". Expanda este conceito. Descreva as partes da membrana: o complexo supramembranar, a própria membrana e o complexo submembranar. Explique as funções de uma membrana biológica.

Uma das funções importantes da membrana é o transporte de substâncias de célula para célula. Descrever os tipos de transporte de substâncias através da membrana: passivo e ativo. Indique que o transporte passivo inclui: osmose, difusão, filtração. Defina esses conceitos e dê exemplos de processos fisiológicos no corpo realizados por transporte passivo. O transporte ativo inclui: a transferência de substâncias com a participação de enzimas transportadoras, bombas de íons. Revelar o mecanismo no exemplo do funcionamento da bomba de potássio-sódio. Há também captura ativa de substâncias pela membrana celular: fagocitose e pinocitose. Defina esses termos e dê exemplos. Indique a diferença fundamental entre transporte ativo e transporte passivo.

NO citoplasma distinguir entre hialoplasma ou matriz - este é o ambiente interno da célula. Observe que a camada externa do citoplasma, ou ectoplasma, tem maior densidade e é desprovida de grânulos. Enfatize que o ectoplasma se comporta como um colóide capaz de passar do estado de gel para o sol e vice-versa. Explique esses termos. Dê exemplos de processos que ocorrem na matriz. Contém organelas e inclusões. Saiba o que são organelas. Alocar organelas de importância geral e especial. Os primeiros incluem: retículo endoplasmático; complexo lamelar, mitocôndrias, ribossomos, polissomos, lisossomos, centro celular, microcorpos, microtúbulos, microfilamentos. Descreva a estrutura e a função dessas organelas. Dê exemplos de organelas para fins especiais, indique suas funções. Defina o conceito - inclusões de células, indique os tipos de inclusões, dê exemplos.

Núcleo. Observe a principal função do núcleo - o armazenamento de informações hereditárias. Os componentes do núcleo são a membrana nuclear, nucleoplasma (suco nuclear), nucléolo (um ou dois), aglomerados de cromatina (cromossomos). Enfatize a importância da membrana nuclear de uma célula eucariótica - a separação do material hereditário (cromossomos) do citoplasma, na qual são realizadas diversas reações metabólicas. Indique de quantas membranas biológicas a membrana nuclear é composta e quais são suas funções. Observe que a base do nucleoplasma são proteínas, inclusive fibrilares. Contém as enzimas necessárias para a síntese de ácidos nucleicos e ribossomos. Os nucléolos são estruturas instáveis ​​do núcleo; desaparecem no início da divisão celular e reaparecem no final. Indique o que está incluído na composição dos nucléolos e qual é a sua função.

Cromossomos. Indique que os cromossomos consistem em DNA, que é cercado por dois tipos de proteínas: histonas (básicas) e não histonas (ácidas). Observe que os cromossomos podem estar em dois estados estruturais e funcionais: espiralizados e desspiralizados. Para saber qual desses dois estados do cromossomo está funcionando e o que isso significa. Indique em que período de vida das células os cromossomos estão espiralados e são claramente visíveis ao microscópio. Conheça a estrutura do cromossomo, os tipos de cromossomos que diferem na localização da constrição primária.

Os organismos da maioria dos seres vivos têm uma estrutura celular. No processo de evolução do mundo orgânico, uma célula foi selecionada como um sistema elementar no qual é possível a manifestação de todas as leis da vida. Organismos com estrutura celular são divididos em pré-nucleares, sem núcleo típico (ou procariontes), e aqueles com núcleo típico (ou eucariotos). Indique quais organismos são procariontes e quais são eucariontes.

Para entender a organização de um sistema biológico, é necessário conhecer a composição molecular da célula. De acordo com o conteúdo dos elementos que compõem a célula, eles são divididos em três grupos: macroelementos, microelementos e ultramicroelementos. Dê exemplos dos elementos que compõem cada grupo, caracterize o papel dos principais componentes inorgânicos na vida da célula. Os componentes químicos dos seres vivos são divididos em inorgânicos (água, sais minerais) e orgânicos (proteínas, carboidratos, lipídios, ácidos nucléicos). Com poucas exceções (esmalte ósseo e dentário), a água é o componente predominante das células. Conhecer as propriedades da água, em que formas a água se encontra na célula, caracterizar o significado biológico da água. De acordo com o conteúdo de substâncias orgânicas na célula, as proteínas ocupam o primeiro lugar. Caracterizar a composição das proteínas, a organização espacial das proteínas (estruturas primárias, secundárias, terciárias, quaternárias), o papel das proteínas no organismo. Os carboidratos são divididos em 3 classes: monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos. Conhecer a composição química e os critérios de classificação dos hidratos de carbono. Dê exemplos dos representantes mais importantes da classe e caracterize seu papel na vida da célula. Os lipídios são caracterizados pela maior diversidade química. O termo "lipídios" inclui gorduras e substâncias semelhantes a gordura - lipóides. Gorduras são ésteres de ácidos graxos e um álcool. Conhecer a composição química dos lípidos e dos lípidos. Enfatize as principais funções: trófica, energética e outras funções que precisam ser caracterizadas. A energia liberada durante a quebra de substâncias orgânicas não é usada imediatamente para o trabalho nas células, mas primeiro é armazenada na forma de um composto intermediário de alta energia - trifosfato de adenosina (ATP). Conheça a composição química do ATP. Explique o que são AMP e ADP. Expandir o conceito de "vínculo macroérgico". Indique em quais processos o ADP e o AMP são formados e como o ATP é formado, qual é o valor energético desses processos. Dê exemplos de processos fisiológicos que requerem grandes quantidades de energia.

Como você sabe, os cromossomos são os guardiões da informação genética. Eles consistem em ácido nucleico - DNA e dois tipos de proteínas. Fale sobre o ADN. Conhecer a composição química do DNA. Indique qual é o seu monômero - nucleotídeo Cite os tipos de nucleotídeos. Caracterizar o modelo espacial do DNA, explicar os conceitos de complementaridade e antiparalelismo das cadeias da molécula de DNA. Descreva as propriedades e funções do DNA. Observe que os ácidos nucleicos também incluem três tipos de ácidos ribonucleicos: i-RNA, r-RNA, t-RNA. Conhecer a composição química do RNA. Indique a diferença entre nucleotídeos de RNA e nucleotídeos de DNA. Para revelar as funções de todos os três tipos de ácidos ribonucleicos.

As substâncias biologicamente ativas na célula são enzimas. Catalisam reações químicas. É necessário insistir em tais propriedades de enzimas; como a especificidade de ação, atividade apenas em um determinado ambiente e a uma determinada temperatura, alta eficiência de ação com um pequeno conteúdo deles. Expanda estas disposições: e dê exemplos. Atualmente, com base em sua estrutura, as enzimas são divididas em dois grupos principais: enzimas totalmente proteicas e enzimas compostas por duas partes: apoenzima e coenzima. Expanda esses conceitos, dê exemplos de coenzimas. Saiba qual é o sítio ativo de uma enzima. De acordo com o tipo de reações catalisadas, as enzimas são divididas em 6 grupos principais: oxiredutases, transferases, hidrolases, liases, isomerases, ligases. Explique o mecanismo de ação dessas enzimas e dê exemplos.

Todos os organismos heterotróficos, em última análise, obtêm energia como resultado de reações redox, ou seja, aqueles em que os elétrons são transferidos de doadores-redutores de elétrons para aceptores de elétrons - oxidantes. De acordo com o método de dissimilação, os organismos são divididos em anaeróbicos e aeróbicos. O metabolismo energético em organismos aeróbicos consiste em três etapas: preparatória, que ocorre no trato gastrointestinal ou na célula sob a ação de enzimas lisossomais; anóxica (ou anaeróbica), que ocorre na matriz do citoplasma, e oxigênio, que ocorre na mitocôndria. Dê uma descrição detalhada de todas as etapas, indique qual é o valor energético dessas etapas, quais são os produtos finais do metabolismo energético em organismos aeróbicos. Com o método de dissimilação anaeróbica, não há estágio de oxigênio, e o metabolismo energético em anaeróbios é chamado de "fermentação". Indique qual é a natureza progressiva da respiração em comparação com a fermentação; quais são os produtos finais da dissimilação durante a fermentação. Dê exemplos de organismos aeróbios e anaeróbios (obrigatórios e facultativos).

A vida na Terra é completamente dependente da fotossíntese das plantas, que fornece matéria orgânica e O 2 a todos os organismos. A fotossíntese converte a energia luminosa em energia de ligação química. Dê uma definição do processo de fotossíntese, observe a importância do trabalho de K.A. Timiryazev. A fotossíntese é realizada apenas em plantas que possuem plastídios - cloroplastos. Conhecer a estrutura dos cloroplastos, a sua composição química, para dar as características físico-químicas da clorofila e carotenóides necessários para o processo de fotossíntese. A fotossíntese tem dois estágios: claro e escuro. Descreva o estágio de luz, observe a importância da fotólise da água e indique os resultados dessa fase da fotossíntese. Caracterize o estágio escuro, observando que nele, usando energia e CO2, os carboidratos, em particular o amido, são sintetizados como resultado de reações complexas. Explique a importância da fotossíntese para a agricultura.

Um exemplo de metabolismo plástico em organismos heterotróficos é biossíntese de proteínas. Todos os principais processos do corpo estão associados às proteínas, e em cada célula há uma síntese constante de proteínas características dessa célula e necessárias em um determinado período da vida da célula. As informações sobre uma molécula de proteína são criptografadas em uma molécula de DNA usando trigêmeos ou codogênios. Defina os termos tripleto, código genético. Revelar as características do código genético - universalidade, tripleto, linearidade, degeneração ou redundância, não sobreposição. Na biossíntese de proteínas, distinguem-se três etapas - transcrição, processos pós-transcricionais e tradução. Reflita a essência, a sequência e o local de passagem de cada etapa. Saiba por que, tendo se formado a partir de um óvulo fertilizado, as células de um organismo multicelular diferem na composição de proteínas e desempenham funções diferentes. Revelar o mecanismo de regulação da atividade gênica durante a síntese de proteínas individuais no exemplo de bactérias (o esquema de F. Jacob e J. Monod). Defina o conceito de "operon", indique suas partes constituintes e suas funções.

reprodução celular

Caracterizando a reprodução no nível celular da organização biológica, deve-se notar que a única maneira de formar células é a divisão das anteriores. Este processo é muito importante para o corpo. A existência de uma célula desde o momento em que surge como resultado da divisão da célula mãe até a divisão ou morte subsequente é chamada de ciclo de vida (ou celular). Seu componente é o ciclo mitótico. Consiste em interfase e mitose. Explique isso interfase- esta é a parte mais longa do ciclo mitótico, na qual a célula é preparada para a divisão. É composto por três períodos (pré-sintético, sintético e pós-sintético). Caracterizar os períodos de interfase, observando em qual deles RNA, proteínas, DNA, ATP são sintetizados e organelas são duplicadas.

Mitose- divisão celular indireta. Consiste em 4 fases consecutivas: prófase, metáfase, anáfase e telófase. A mitose é caracterizada pelo aparecimento de cromossomos, um fuso de divisão e a formação de células filhas semelhantes à mãe. Descreva as fases da mitose com a sequência de eventos que ocorrem nelas. Indique os mecanismos que garantem a identidade dos cromossomos e a constância de seu número nas células filhas durante a mitose. Revelar a essência biológica da mitose.

Outra maneira - amitose, ou divisão direta. Ocorre sem a formação de cromossomos e do fuso de divisão. Indique quais células se dividem por amitose, enfatizando sua diferença da mitose.

Reprodução e desenvolvimento individual dos organismos

Definir processo de reprodução como uma propriedade dos organismos de deixar descendentes. Existem duas formas de reprodução dos organismos: assexuada e sexuada. Observe que a reprodução assexuada é baseada na mitose, de modo que os organismos-filhos são uma cópia exata do pai. Este método de reprodução surgiu primeiro no processo de evolução. Caracterizar os métodos de reprodução assexuada em unicelular (divisão mitótica, esquizogonia, formação de gemas, esporulação) e multicelular (reprodução vegetativa, ou seja, partes do corpo ou um grupo de células somáticas). Dar exemplos.

reprodução sexuada- reprodução com a ajuda de células de gametas especiais que possuem um conjunto haplóide de cromossomos e estão envolvidas na fertilização. O processo de formação dos gametas é chamado de gametogênese. É dividida em espermatogênese e ovogênese. espermatogênese tem 4 fases: reprodução, crescimento, maturação e formação. NO ovogênese 3 estágios (não há estágio de formação). Dê uma descrição de cada estágio da gametogênese, indicando como o conjunto de cromossomos e a quantidade de DNA em cada um deles mudam. Descreva a diferença entre espermatogênese e ovogênese.

Meioseé um método de divisão celular, como resultado do qual o número de cromossomos é reduzido pela metade. É o elo central na gametogênese, resultando na formação de 4 células haplóides de cada célula com um conjunto diplóide de cromossomos. A meiose consiste em duas divisões rapidamente sucessivas, chamadas de primeira e segunda divisões meióticas, respectivamente. Cada uma dessas divisões possui fases semelhantes à mitose, sua passagem tem características próprias. Caracterize as fases da primeira e segunda divisões, observando suas diferenças, e mostre como o conjunto de cromossomos e a quantidade de DNA em cada uma das fases mudam. Explique por que há uma interfase curta entre a primeira e a segunda divisão. Explique o significado biológico da meiose.

Os gametas na maioria dos casos são diferentes: um grande e imóvel - óvulo e um pequeno e móvel - espermatozóide. Gametas- células altamente diferenciadas adaptadas para desempenhar funções específicas. Descrever a estrutura dos espermatozóides e óvulos, suas características genéticas e funções.

Fertilização- este é o processo de fusão de gametas femininos e masculinos, levando à formação de um zigoto. A fertilização envolve a ativação do óvulo e a formação do núcleo zigoto haploide. Os núcleos haploides carregam informações genéticas de dois organismos progenitores (uma forma combinatória de variabilidade). Nos animais, a fecundação é externa e interna. Dê exemplos e indique a essência dos diferentes tipos de fertilização. Encontrado em vários organismos partenogênese- um tipo de reprodução sexuada, quando o desenvolvimento de um indivíduo ocorre a partir de um óvulo não fertilizado. Marque os tipos de partenogênese: natural (facultativa e obrigatória) e artificial.

Ontogênese- desenvolvimento individual do organismo, consiste em 3 períodos:

1. Progênese- maturação dos gametas e sua fusão para formar um zigoto.
2. Período embrionário(ou embriogênese) - desde o momento em que o zigoto é formado até o nascimento ou liberação do corpo das membranas do ovo. Etapas da embriogênese: esmagamento, como resultado da formação de uma blástula; gastrulação, durante a qual surgem as camadas germinativas (ectoderma, endoderme e mesoderme); formação de tecidos e órgãos. O método de esmagamento do zigoto depende da quantidade de gema e da natureza de sua distribuição no citoplasma do ovo. Distinguir entre britagem completa e incompleta. A britagem completa pode ser uniforme e desigual e incompleta - discoidal e marginal. Mostre quais tipos de ovos são caracterizados por um ou outro tipo de esmagamento. O processo de gastrulação é realizado de diferentes maneiras e depende da estrutura da blástula, ou seja, em última análise, da quantidade de gema no ovo. A gastrulação é caracterizada pelo movimento e diferenciação das células, resultando na formação de um embrião de duas ou três camadas. Observe em quais animais o desenvolvimento termina no estágio de duas camadas germinativas: ectoderma e endoderme, e em quais animais e de que maneira a terceira (ou média) camada germinativa - mesoderme se desenvolve. Indique quais tecidos e órgãos são formados a partir das camadas germinativas. Após a conclusão da gastrulação, ocorre o desenvolvimento do complexo axial: a notocorda, tubo neural, mesoderme do tronco; estágio de neurula. Revele a sequência de sua formação. O processo de diferenciação celular é determinado por diversos mecanismos, dentre os quais a indução embrionária desempenha um papel importante. Descreva a experiência comprovando a influência da notocorda no desenvolvimento de outros tecidos
3. Período pós-embrionário começa após o nascimento ou a liberação do corpo das membranas do ovo. Distingue-se entre o desenvolvimento direto, que ocorre sem estágio larval, e o desenvolvimento indireto, no qual há um estágio larval, terminando com a transformação (metamorfose) em adulto. Dê exemplos de desenvolvimento pós-embrionário direto e indireto em invertebrados e vertebrados. Indique o papel biológico do desenvolvimento indireto.

Fundamentos da genética

Definir genética como a ciência das leis da hereditariedade e da variabilidade. Ela, como qualquer ciência, tem um objeto de estudo, métodos de estudo, tarefas e objetivos. O objeto de estudo da genética são as propriedades dos seres vivos: hereditariedade e variabilidade.

Hereditariedade- a capacidade dos pais de transmitir suas propriedades e características aos filhos. Proporciona continuidade material e funcional entre gerações. Graças à hereditariedade, as propriedades dos organismos individuais e da espécie como um todo são preservadas em gerações.

Existem dois tipos de hereditariedade: nuclear (cromossômica) e extranuclear (não cromossômica, citoplasmática). Hereditariedade nuclearé determinado pelos genes dos cromossomos e se estende à maioria dos sinais e propriedades do organismo. Hereditariedade não nuclear devido aos genes das mitocôndrias, cloroplastos, cinetossomos, plasmídeos, epissomas.

Variabilidade- a capacidade dos organismos de alterar suas propriedades e sinais. As formas de variabilidade são diferentes e dependem de muitas razões. A hereditariedade fixa nas formas descendentes de variabilidade associadas ao material hereditário, ou seja, é um processo que garante a preservação não apenas de semelhanças, mas também de diferenças de organismos em várias gerações.

A genética revelou a base material e o papel da hereditariedade e variabilidade no processo evolutivo.

Métodos de estudo

Indicam que os padrões de hereditariedade e variabilidade são estudados em vários objetos: ácidos nucléicos, genes individuais, cromossomos, organelas, células, microrganismos, organismos vegetais, animais, humanos e suas populações.

A análise genética é realizada usando os seguintes métodos:

1. Hibridológica - seleção de pares parentais e análise da manifestação de uma ou mais características na prole.
2. Genealógico - compilando e estudando pedigrees, traçando uma característica ao longo de várias gerações.
3. Citogenética - o estudo do cariótipo usando microscopia.
4. População - determinar a frequência de genes e genótipos individuais em uma população, decifrando a estrutura genética.
5. Mutacional - identificação do efeito da mutação, avaliação do perigo mutagênico de fatores individuais e do ambiente.
6. Fenogenética - elucidação da influência de fatores externos em sinais hereditários determinados.

Liste as principais tarefas da genética:

1. solução de problemas urgentes da humanidade nas áreas de fornecimento de alimentos, energia e matérias-primas;
2. preservação da saúde humana;
3. proteção ambiental e preservação da integridade da biosfera.

Hereditariedade. Ideias modernas sobre a estrutura, propriedades e funções do gene.

Explique que atualmente o gene é considerado uma unidade estrutural e funcional da hereditariedade que controla o desenvolvimento de uma determinada característica ou propriedade. O gene é o principal elo na totalidade de estruturas e processos que garantem o aparecimento de um determinado produto (proteína ou RNA) na célula. O gene e o citoplasma estão em unidade contínua, pois a realização da informação contida no gene só é possível no citoplasma.

Liste as propriedades de um gene:

1. discrição - a separação da ação dos genes, o controle de várias características pelos genes, cujos loci não coincidem no cromossomo;
2. estabilidade - preservação inalterada em várias gerações;
3. especificidade - controle de uma determinada característica por um determinado gene;
4. pleiotropia - a capacidade de alguns genes de causar o desenvolvimento de várias características (síndrome de Marfan);
5. alelismo - a existência de um gene em várias variantes;
6. gradual - a dosagem da ação, a capacidade de determinar o desenvolvimento de um sinal de uma certa força (limite quantitativo); com um aumento nas "doses" de alelos, a quantidade da característica aumenta (cor do grão no trigo, cor dos olhos, pele, cabelo em humanos, tamanho da espiga, teor de açúcar nas raízes, etc.).

Deve-se notar que, de acordo com as características funcionais e genéticas, distinguem-se:

1. Os genes estruturais contêm informações sobre proteínas estruturais, enzimáticas, t-RNA, i-RNA.
2. Os genes moduladores suprimem, aumentam, reduzem a manifestação desta característica.
3. Os genes reguladores coordenam a atividade dos genes estruturais.

Explique que a atividade funcional dos genes está em sua capacidade de transcrição, replicação, recombinação e mutação.

Transcrição- reescrever informações do DNA para usá-las na síntese de proteínas. A unidade de transcrição é transcrição, que inclui genes estruturais e funcionais.

replicação- duplicação da molécula de DNA, precedendo a distribuição do material hereditário entre as células filhas. A unidade de replicação é réplica- um fragmento de DNA que consiste em 100-200 nucleotídeos.

Recombinação- troca de sítios entre cromossomos homólogos - um dos mecanismos da variabilidade hereditária. A unidade de recombinação é reconhecimento(2 nucleotídeos).

Mutação- mudança na estrutura do gene - outro mecanismo de variabilidade hereditária, criando um enorme material para seleção. A unidade de mutação é carneiro(1-2 nucleótidos).

Conceitos básicos de genética

Defina os seguintes termos:

Cariótipo- um conjunto específico de cromossomos inerentes aos organismos de uma espécie. Caracteriza-se por:

1. constância do número de cromossomos;
2. individualidade dos cromossomos;
3. emparelhamento de cromossomos;
4. continuidade cromossômica.

Genes alélicos (alelos)- diferentes variantes deste gene, ligeiramente diferentes na sequência de nucleotídeos.

Alelismo múltiplo- a existência na população de mais de dois alelos de um determinado gene. Um exemplo são os três alelos I0, IA, IB, responsáveis ​​pela formação de proteínas antigênicas nos eritrócitos, que determinam a pertença de uma pessoa a um determinado grupo sanguíneo (no sistema ABO).

Sinais alternativos- Sinais mutuamente exclusivos que não podem estar no corpo ao mesmo tempo. Seu desenvolvimento é determinado por genes alélicos.

Organismo homozigoto- um organismo no qual os genes alélicos afetam igualmente o desenvolvimento de uma determinada característica. organismo heterozigoto- um organismo no qual os genes alélicos afetam o desenvolvimento de uma determinada característica de diferentes maneiras.

Gene dominante (alelo) controla o desenvolvimento de uma característica que se manifesta em um organismo heterozigoto (híbrido). gene recessivo controla a característica, cujo desenvolvimento é suprimido pelo alelo dominante. Tal característica pode se manifestar apenas em um organismo homozigoto para esse alelo.

Genótipo- um conjunto de genes, inclinações hereditárias de um determinado organismo. O genótipo é entendido como o conjunto de alelos no conjunto diplóide de cromossomos. Sua totalidade no conjunto haplóide de cromossomos é chamada genoma.

Fenótipo- um conjunto de sinais internos e externos do organismo, a manifestação do genótipo em condições ambientais específicas. As características fenotípicas são quaisquer manifestações de um gene: bioquímicas, imunológicas, morfológicas, fisiológicas, comportamentais, etc.

Interação gênica

Considerando o genótipo, indique que este conjunto é um sistema de genes que interagem.

A interação ocorre entre genes alélicos e não alélicos localizados no mesmo cromossomo e em cromossomos diferentes.

O sistema gênico forma um ambiente genotípico equilibrado que influencia a função e a expressão de cada gene. Como resultado, um certo fenótipo do organismo é formado, todos os sinais são estritamente coordenados no tempo, lugar e tipo de manifestação.

A interação de genes alélicos é expressa:

1. dominância completa, na qual a manifestação do alelo recessivo é completamente suprimida pela ação do gene dominante;
2. dominância incompleta, na qual ambos os alelos se manifestam em uma característica, uma característica intermediária aparece em híbridos;
3. codificação - a manifestação de ambos os genes alélicos no fenótipo e o desenvolvimento de duas características;
4. superdominância - uma manifestação de uma característica mais forte (pronunciada) em híbridos (heterozigotos) em comparação com sua manifestação em homozigotos para alelos dominantes.

Interação de genes não alélicos.

Um grande grupo de interação de genes não alélicos é a modulação por alguns genes da função de outros genes não alélicos. Inclui:

epistasia- supressão de um gene por outro não alélico. No caso de epistasia dominante, o gene dominante tem um efeito avassalador. Um exemplo de epistasia dominante é a herança da cor da plumagem em galinhas. Galinhas que têm genes de cor, mas contêm genes dominantes no genótipo - supressores que suprimem o efeito dos genes de cor, acabam sendo incolores.

complementaridade complementam uns aos outros com genes que interagem. Os genes não alélicos que interagem se complementam, de modo que sua ação conjunta leva ao aparecimento de uma nova característica que não aparece se os genes agirem separadamente um do outro. Um exemplo é a herança de formas de pente em galinhas. A partir do cruzamento de galinhas com pente em forma de rosa (genótipos A-bb) com galinhas com pente em forma de ervilha (genótipos aaB-), toda a geração termina com um pente em forma de noz completamente novo (genótipos A-B-).

Polimerismo- controle de uma característica por vários alelos dominantes. Cada "dose" de alelo do gene faz a mesma contribuição para o desenvolvimento da característica.

As características controladas por tais genes têm sempre uma característica quantitativa e dependem das "doses" de alelos dominantes presentes no genótipo.

A herança polimérica é característica do crescimento, físico, peso corporal em humanos, cabelos cacheados.

Método hibridológico para estudar a hereditariedade

Observe que este método é o método central de análise genética. Foi desenvolvido por G. Mendel e consiste em cruzar organismos que diferem entre si em uma ou mais características.

Especifique os requisitos impostos por Mendel na aplicação deste método:

1. diferença nas formas parentais de acordo com características contrastantes;
2. clareza e estabilidade das características analisadas;
3. viabilidade e fertilidade normais da prole;
4. a multiplicidade da geração e a possibilidade de contabilização quantitativa da característica no experimento;
5. o uso de formas puras (homozigotas), nas quais o traço analisado é persistentemente rastreado em gerações.

Ressalte que o uso do método hibridológico permitiu a G. Mendel chegar às seguintes conclusões:

1. relação de um traço com um fator hereditário;
2. materialidade, discrição, estabilidade de fatores hereditários;
3. especificidade de fatores hereditários - controle de certos sinais;
4. pareamento de fatores hereditários;
5. sobre sua transmissão através de gametas e restabelecimento do pareamento durante a fertilização;
6. sobre dois estados opostos de fatores hereditários: dominante e recessivo.

Observe que, com a ajuda do método hibridológico, G. Mendel estabeleceu os padrões dos traços herdados:

1. uniformidade na primeira geração;
2. divisão de características em variantes alternativas entre indivíduos da segunda geração;
3. combinação independente de características dos pais na prole.

As leis de herança estabelecidas por Mendel. Cruzamento monohíbrido. A lei da uniformidade da primeira geração.

Explique que Mendel realizou um estudo em 22 variedades de ervilha, escolhendo 7 pares de características contrastantes para análise. Esta planta atendeu a todos os requisitos para o experimento:

1. a presença de características contrastantes claramente definidas que foram herdadas e manifestadas em gerações;
2. a autopolinização, que possibilitou o estudo de plantas puras (homozigóticas) em experimentos;
3. obtenção de numerosos descendentes (as características foram levadas em consideração quantitativamente, os resultados dos experimentos foram submetidos a processamento matemático)
4. viabilidade e fertilidade suficientes.

G. Mendel cruzando duas variedades de ervilhas, diferindo entre si em um par de características contrastantes - a cor das sementes. A primeira variedade tinha sementes amarelas, a segunda - verde. Ambas as variedades eram puras, ou seja, manteve firmemente sua característica em gerações durante cruzamentos anteriores.

Toda a primeira geração acabou sendo com sementes amarelas. Mendel chamou o amarelo de cor dominante - predominante, a. verde recessivo - desaparecendo. Ele também introduziu uma designação simbólica de sinais e registros de resultados:

A - cor amarela da semente; um verde;

P - organismos progenitores; G - gametas;

x - cruzamento de formas parentais;

F 1.2.3... - gerações a partir do cruzamento.

A partir desse registro simbólico, percebe-se que antes da coloração das sementes, todas as plantas eram as mesmas com característica dominante; de ​​acordo com o genótipo, todos os híbridos eram heterozigotos.

Mendel chamou os resultados observados de regra de dominância. Mais tarde, a regra foi chamada de 1ª lei de Mendel - a lei da uniformidade da primeira geração:

Ao cruzar organismos que diferem em um par de características contrastantes, a primeira geração é uniforme em fenótipo e genótipo. De acordo com o fenótipo, toda a geração é caracterizada por um traço dominante, de acordo com o genótipo, toda a geração é híbrida (heterozigota).

A lei da divisão, assina em híbridos de segunda geração.

Diga que a partir de sementes híbridas F 1, Mendel cultivou ervilhas. cruzou por autopolinização e recebeu em plantas F 2 com sementes amarelas e verdes. Esse fenômeno Mendel chamou de divisão de recursos. O fenômeno observado expressou-se na proporção de 3:1 (75% das plantas tinham caráter dominante, 25% - recessivo).

Com base nos resultados obtidos, Mendel formulou a 2ª lei da divisão: Na prole, ao meio-dia, a partir do cruzamento de híbridos da primeira geração, observa-se a divisão de caracteres na proporção de 3:1. Um quarto da geração tem um traço recessivo, três quartos - dominante.

Descobrindo o motivo dessa divisão, Mendel descobriu que indivíduos aparentemente semelhantes diferem em propriedades hereditárias (genótipo). 1/3 das plantas com característica dominante não se dividiu nas gerações subsequentes. Mendel os chamou de homozigotos - igualmente hereditários (AA). 2/3 das plantas com caracteres dominantes deram a mesma divisão de caracteres que os genitores, na proporção de 3: 1. Mendel as chamou de heterozigotas diferentemente hereditárias (Aa). Plantas com caracteres recessivos (aa) também não apresentaram desdobramento de caracteres; eram homozigotos.

Esses experimentos mostraram que a clivagem fenotípica observada é acompanhada por clivagem genotípica na proporção de 1:2:1

P(F 1) Aa x Aa

G    A; a    A; uma

F 2       AA; Ah; Ah; ah,

onde uma parte (25%) - gerações AA,

duas partes (50%) - gerações Aa,

uma parte (25%) - gerações aa.

A lei (hipótese) da "pureza" dos gametas.

Caracterizando essa lei, deve-se primeiramente dizer que a análise das características das plantas da primeira e segunda gerações permitiu a Mendel estabelecer que o fator hereditário recessivo que não apareceu em F 1 não desaparece e não se mistura com o dominante . Em F 2, ambos os fatores hereditários aparecem em sua forma pura. E isso só é possível se os híbridos F 1 não formarem gametas híbridos, mas "puros", alguns dos quais carregam um fator hereditário dominante, enquanto outros têm um fator recessivo.

Essa não mistura de fatores hereditários alternativos nos gametas da geração híbrida tem sido chamada de hipótese da "pureza" dos gametas.

A hipótese da "pureza" dos gametas foi a base citológica da 1ª e 2ª leis de Mendel. Ela explicou a divisão observada por fenótipo e genótipo e mostrou que ela é de natureza probabilístico-estatística e se explica pela mesma probabilidade de formação de diferentes classes de gametas em híbridos F 1 e a mesma probabilidade de seu encontro em F 2 .

Atualmente, esta hipótese recebeu confirmação citológica completa. No processo de maturação, os gametas sofrem meiose, como resultado, cada gameta recebe um conjunto haplóide de cromossomos e, portanto, um conjunto de genes alélicos.

Analisando cruz.

Mostre que foi desenvolvido por Mendel, que descobriu que organismos aparentemente idênticos podem diferir em fatores hereditários. Para determinar formas fenotipicamente idênticas, eles são cruzados com organismos que são homozigotos para genes recessivos, ou seja, tendo uma característica recessiva.

Se, como resultado da análise de cruzamentos, toda a geração for uniforme e semelhante ao organismo cujo genótipo é analisado, este é homozigoto.

Se, como resultado da análise de cruzamentos, a divisão for observada na geração na proporção de 1: 1, o genótipo do organismo herdado é heterozigoto.

F1Aa; aa 1:1

Nesse caso, de acordo com o genótipo e o fenótipo, a geração, por assim dizer, retorna às formas parentais, por isso Mendel chamou essa análise de mestiçagem recorrente.

A análise de cruzamentos é amplamente utilizada em melhoramento animal e vegetal, e em biologia experimental para a compilação de mapas genéticos de cromossomos.

Cruz diíbrida. A lei da combinação independente de características na segunda geração. Observe que o cruzamento, no qual se analisa a herança de dois pares de traços, é denominado diíbrido.

Para o cruzamento, Mendel escolheu duas características: a cor das sementes e sua forma. As formas parentais diferiam por dois pares de caracteres contrastantes e eram "puras" (homozigotas).

A primeira variedade tinha sementes amarelas e lisas, a segunda - verde e enrugada. Toda a primeira geração acabou sendo com sementes amarelas e lisas. A cor amarela e a forma lisa dominaram, como pode ser visto na notação simbólica:

A - cor amarela das sementes,

um verde

B - forma lisa,

c - enrugado.

R     AABB     x    AABB

G       AB          

F 1      AaBv  100% (amarelo liso no fenótipo, diheterozigoto no genótipo).

A regra de dominância se manifestou na herança de dois traços ao mesmo tempo. O cruzamento de híbridos de primeira geração provocou o aparecimento de plantas com diferentes combinações de caracteres.

As características dos pais foram herdadas independentemente e combinadas de forma diferente na prole. A divisão fenotípica foi 9:3:3:1. 9 partes tinham ambos os traços dominantes, 3 partes - o primeiro dominante, o segundo recessivo, 3 partes - o primeiro recessivo, o segundo dominante, 1 parte - ambos os traços recessivos.

Mostre que as combinações de características observadas na segunda geração são o resultado de um encontro aleatório de gametas durante a fertilização. Para a imagem simbólica da segunda geração, a rede de Punnett é usada.

Gametas	AB	Av	aB	av
AB	AABB por exemplo	AAVv por exemplo	AaBB por exemplo	AaVv por exemplo
Av	AAVv por exemplo	Avv u.i.	AaVv por exemplo	uau u.i.
aB	AaBB por exemplo	AaVv por exemplo	aaBB z.g.	aawww z.g.
av	AaVv por exemplo	uau u.i.	aawww z.g.	avv z.m.

e. - amarelo; g. - liso; h. - verde; m. - enrugado.

A partir disso, pode-se ver que os genótipos de 9 partes de plantas com sementes amarelas e lisas podem ser: AABB, AaBB, AaBv, AABv (A-B-):

3 partes de plantas com sementes amarelas e rugosas - AAvv, Aavv (A-cc);

3 partes de uma planta com sementes verdes e lisas - aaBB, aaBv (aaB-);

1 parte de plantas com sementes verdes e rugosas - aavv.

Com base nas observações, formulou-se a lei da combinação independente - 3ª lei de Mendel: Ao cruzar organismos homozigotos que diferem entre si por dois ou mais pares de características alternativas, os genes e suas características correspondentes são herdados independentemente um do outro e combinados em todas as combinações possíveis.

Cada par de caracteres, considerados separadamente, foi dividido na proporção de 3:1, a proporção de sementes amarelas e verdes foi de 12:4 = 3:1. A proporção de sementes lisas e rugosas foi a mesma 12:4 = 3:1.

As leis de Mendel servem para analisar traços mais complexos, quando os pais diferem em três ou mais pares de traços. Neste caso, os gametas formarão classes de acordo com a fórmula 2n, onde n é o grau de hibridização do organismo, e a base da clivagem fenotípica é a clivagem monohíbrida (3:1)n, onde n é o número de pares de genes. Em heterozigotos, cada gene duplica o número de classes de gametas e triplica o número de classes de genótipos. Um indivíduo heterozigoto para n pares de genes produz 2n tipos de gametas e 3n genótipos diferentes.

Observe que a lei da combinação independente de características é satisfeita nas seguintes condições:

1. localização de genes em diferentes pares de cromossomos homólogos;
2. a ausência de todos os tipos de interação de genes alélicos com não alélicos, exceto para dominância completa;
3. o mesmo valor seletivo (sobrevivência) de todos os genótipos;
4. falta de ação pleiotrópica dos genes.

Ligação de genes. Atravessando. A teoria cromossômica de Morgan.

Saliente que em 1906, W. Batson e R. Pennet, estudando a herança de dois pares de genes alélicos em ervilhas-de-cheiro, descobriram uma divisão que difere das proporções estabelecidas por Mendel.

Ao cruzar plantas homozigotas que diferem em dois pares de caracteres contrastantes AABB x aavb, esperavam a formação de 4 classes fenotípicas em F 2 na proporção de 9:3:3:1. Em vez disso, uma divisão fenotípica em 2 classes apareceu em uma proporção próxima de 3:1 (predominaram plantas com combinações de características que estavam nas formas parentais).

Ao analisar esse fenômeno, descobriu-se que os genes A e B estavam localizados no mesmo cromossomo e herdados juntos (como um gene). Os híbridos da primeira geração formaram não 4, mas 2 tipos de gametas. Isso pode ser visto a partir da notação simbólica:

P (F 1)     A B     x     A B

              a a              a

D         AB, av         AB, av

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

        A B,     a c,         c,     a c

                  3           1

Tornou-se óbvio que todos os genes que estão no mesmo par de cromossomos homólogos serão herdados juntos e mostrarão um padrão de herança monogênica na segunda geração, ou seja, será herdado como um par de genes alélicos, dando uma divisão de 3:1. Esse fenômeno é chamado de herança vinculada.

O fenômeno da herança ligada foi esclarecido nos trabalhos de geneticistas americanos liderados por T. Morgan, que criou a teoria cromossômica da hereditariedade.

Um objeto conveniente para o estudo da herança ligada foi a mosca (Drosophila), que se multiplicou facilmente em tubos de ensaio, com meio nutriente, deu prole numerosa, teve uma rápida mudança geracional. a presença de 4 pares de cromossomos homólogos e um grande número de variantes mutantes (de acordo com a forma das asas e cor dos olhos, número, espécie, tamanho, distribuição das cerdas, etc.) foi uma grande vantagem. Os sinais foram facilmente rastreados através das gerações.

A escola de T. Morgan descobriu que a ligação dos genes pode ser quebrada por crossing over (o processo de troca de fragmentos de cromossomos homólogos). Isso foi demonstrado em experimentos no cruzamento de moscas cinzentas de asas longas com moscas cinzentas de asas curtas. Toda a geração do cruzamento ficou com uma cor de corpo cinza e asas longas.

Os genes para coloração cinza e asas longas eram dominantes e estavam localizados no mesmo cromossomo.

A - cor do corpo cinza,

um preto

B - asas longas,

c- curto.

(cinza de asas longas)

Em seguida, foi realizado um cruzamento de análise dos híbridos F 1. Assumindo ligação total entre os genes A e B, eram esperados dois tipos de gametas e duas classes fenotípicas em F 2: 50% - moscas cinzas de asas longas e 50% moscas pretas de asas curtas, e obtiveram 41,5%. Em F 2, não havia 2, mas 4 classes fenotípicas. Além dos fenótipos esperados, houve 8,5% de moscas cinzentas de asas curtas e 8,5% de moscas pretas e de asas longas. Em parte dos gametas, as fêmeas sofreram crossing over, o que levou ao aparecimento na prole de indivíduos com novas combinações de características. Tais formas são chamadas cruzamento.

formas de cruzamento

Como todos os gametas masculinos eram completamente iguais, a porcentagem de formas cruzadas em F 2 dependia da porcentagem de gametas cruzados femininos, cujo número total era de 17%, T. Morgan descobriu que a diferença na porcentagem de indivíduos cruzados depende de a distância entre os genes. A probabilidade de que ocorra crossing over entre genes distantes é maior do que entre genes próximos.

A distância entre os genes nos cromossomos é geralmente denotada em unidades convencionais - morganides.

Morganida corresponde a tal distância entre genes, na qual 1% dos indivíduos cruzados são observados na prole.

A porcentagem de cruzamento para diferentes pares de genes não excede 50; a uma distância de 50 morganids ou mais, os genes são herdados independentemente, apesar de sua localização no mesmo cromossomo.

Com base em dados sobre crossing over (em Drosophila), T. Morgan formulou as principais disposições da teoria cromossômica:

1. Os genes estão localizados linearmente nos cromossomos. Diferentes cromossomos contêm um número desigual de genes: o conjunto de genes em cada um dos cromossomos não homólogos é único.
2. Cada gene ocupa um lugar específico (locus) no cromossomo.
3. Genes localizados: em um cromossomo eles representam um grupo de ligação e são herdados juntos, o número de grupos de ligação é igual ao conjunto haploide de cromossomos. Dois cromossomos homólogos devem ser considerados como um grupo de ligação.
4. A falha de acoplamento ocorre como resultado do cruzamento.
5. A frequência de crossing over entre genes não alélicos localizados no mesmo cromossomo depende da distância entre eles e é diretamente proporcional a ela.
6. A distância entre os genes é medida em morganides. Um morganide corresponde a 1% dos fenótipos cruzados na prole.
7. A frequência de cruzamento é um meio de estabelecer com precisão a localização dos genes no cromossomo.

Genética do sexo.

Saliente que a variedade de maneiras de determinar o sexo em diferentes organismos pode ser dividida em três grupos:

1. o sexo é determinado durante a fertilização - determinação do sexo simgâmico;
2. sexo determinado antes da fertilização - determinação do sexo por software;
3. o sexo é determinado por mecanismos não relacionados à fertilização - determinação epigâmica do sexo.

A opção mais comum é determinar o sexo das diferentes espécies no momento da fertilização. Como o desenvolvimento do sexo depende do conjunto de cromossomos obtidos no zigoto, é chamado de determinação cromossômica do sexo.

Os cariótipos (conjuntos diplóides de cromossomos) consistem em autossomos e cromossomos sexuais. O cariótipo feminino inclui 22 pares de autossomos e um par de cromossomos sexuais XX. O sexo feminino é chamado de homogamético, pois forma um tipo de gameta X.

O cariótipo masculino inclui 22 pares de autossomos, semelhantes aos autossomos femininos, e um par de cromossomos sexuais XY; o sexo masculino é chamado de heterogamético. uma vez que forma dois tipos de gametas X e Y.

Primário- a proporção teoricamente esperada da lareira é de 1:1. A probabilidade de ter meninos e meninas é a mesma - 50%.

R     XX    XY

G     X    X,Y

F 1   XX;   XY

50% meninas e 50% meninos (1:1)

Razão sexual secundária- sua proporção ao nascimento difere da primária. Os meninos nascem 6-7% mais do que as meninas, e é 106-100. Devido às características biológicas e sociais, os meninos morrem com mais frequência. Proporção sexual terciária - sua proporção na puberdade. Aproxima-se do 1:1 primário.

Em algumas aves, répteis, anfíbios e borboletas (o bicho-da-seda), os machos XX são o sexo homogamético e as fêmeas são o sexo heterogamético XY. Na prática, o sexo desses animais é determinado antes da fertilização pelos gametas femininos.

Em insetos do gênero proteor, gafanhotos, centopéias, nematóides, besouros, as fêmeas têm dois cromossomos X (XX) e os machos têm um (XO), o tipo XO é chamado de "proteor".

Em Hymenoptera (abelhas, cavaleiros, formigas), o sexo depende da ploidia do ovo (eles não possuem cromossomos sexuais). A partir de ovos fertilizados em abelhas com cromossomos 2n, desenvolvem-se fêmeas - abelhas operárias, de não fertilizados (n) - machos (zangões).

A determinação do sexo do programa é devido a diferenças nos ovos devido à quantidade desigual de citoplasma e nutrientes. Em rotíferos, pulgões, vermes marinhos, as fêmeas se desenvolvem a partir de ovos grandes e os machos de pequenos.

Herança ligada ao sexo.

Diga que os traços cujos genes estão localizados nos cromossomos inferiores são chamados de ligados ao sexo. Sua herança difere da herança de traços cujos genes estão localizados em autossomos.

Atualmente, cerca de 150 genes foram encontrados no cromossomo X humano que são responsáveis ​​pelo desenvolvimento de uma ampla variedade de traços, entre os quais há genes responsáveis ​​pela coagulação sanguínea normal, o desenvolvimento do sistema muscular, visão crepuscular, visão de cores, glândulas sudoríparas, incisivos superiores, etc. Todos esses traços são devidos a alelos dominantes. Alelos recessivos desses genes causam doenças: hemofilia - má coagulação do sangue, daltonismo - visão de cores prejudicada, cegueira noturna, distrofia muscular, falta de glândulas sudoríparas.

O sexo feminino (homogamético) pode ser homozigoto e heterozigoto para estes genes:

Xn Xn; XnXh; X h X h

Organismos heterozigotos são portadores ocultos de genes patológicos.

O sexo masculino heterogamético é hemizigótico para esses genes, pois o cromossomo Y não possui os alelos desses genes X e Y; X h Y

O cromossomo Y contém genes para diferenciação testicular, compatibilidade tecidual, genes que afetam o tamanho dos dentes, além de genes para sinais patológicos: calvície precoce, aumento da pilosidade (hipertricose) e o gene para ictiose (lesões cutâneas graves).

Como o cromossomo Y é transmitido apenas pela linha masculina, essas características só aparecem nos homens. O tipo de herança de táxi é chamado de holandês.

A peculiaridade da herança de genes localizados no cromossomo X é que as mulheres são as portadoras ocultas de genes patológicos, e sua manifestação fenotípica é observada nos homens:

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

    mulheres -     uma mulher e um homem     um homem,

  portadores       saudável       hemofílico

X h - hemofilia,

X n - coagulação sanguínea normal.

As características ligadas ao sexo devem ser distinguidas daquelas que são limitado ao sexo. Os traços que aparecem apenas em um sexo são chamados de traços limitados ao sexo. Os genes que os determinam podem ser encontrados em autossomos e cromossomos sexuais em machos e fêmeas, obedecem aos padrões de herança dos traços comuns. São sinais como produção de ovos, produção de leite, gravidez múltipla, sondagem.

A seleção dessas características é realizada através de machos e fêmeas.

Variabilidade.

Descreva a variabilidade como uma propriedade dos organismos vivos de existir em várias formas. Toda a variedade de estrutura e funções depende disso no contexto de seu plano único.

Existem dois tipos principais de variabilidade:

1. Fenotípico - limitado apenas pelo fenótipo, não afetando o material hereditário, portanto não transmitido aos descendentes.
2. Genotípico - associado a várias alterações no genótipo.

Variabilidade fenotípica expressa em uma mudança nas características fenotípicas que surgem sob a influência de fatores ambientais. Eles não afetam o genótipo, como regra, alteram a atividade da enzima. Um exemplo é a mudança de cor da pelagem de um coelho do Himalaia sob a influência da temperatura ambiente. O embrião se desenvolve em condições de temperatura elevada, que destrói a enzima necessária para tingir a lã, de modo que os coelhos nascem completamente brancos.

Logo após o nascimento, certas partes do corpo escurecem (chifres das aurículas, cauda, ​​​​nariz), onde a temperatura é mais baixa do que em outros lugares e a enzima não é destruída. Se você raspar uma área de lã branca e resfriá-la a +2°C, a lã preta cresce naquele local. A variabilidade fenotípica é dividida em aleatória e modificação.

Aleatório surge como resultado da ação conjunta sobre o corpo de muitos fatores ambientais. Afeta diferentes sinais e não é adaptativa. Pode ocorrer em qualquer estágio da ontogenia.

Modificação ocorre em indivíduos geneticamente idênticos sob a influência de fatores externos. Em condições ambientais semelhantes, tem caráter grupal e reversível.

Por exemplo, batatas cultivadas a partir de um único tubérculo diferem em espessura, tamanho e forma dos tubérculos, dependendo da fertilidade e do cuidado do solo. Na pele de todas as pessoas sob a influência dos raios UV, um pigmento protetor, a melanina, é depositado.

A manifestação da variabilidade de modificação é limitada pela taxa de reação. Debaixo taxa de reação compreender os limites dentro dos quais é possível uma mudança de característica em um determinado genótipo. Essa propriedade do genótipo garante o desenvolvimento de uma característica dependendo das mudanças nas condições ambientais. Um exemplo clássico é a mudança de pelagem em muitos animais para o inverno (mais grosso e mais leve).

A taxa de reação é herdada em contraste com a própria variabilidade de modificação. Seus limites são diferentes para diferentes signos e para diferentes indivíduos. Por exemplo, a quantidade de leite (produção de leite) tem uma ampla taxa de reação e o teor de gordura é muito menor. Uma taxa de reação ainda mais limitada tem sinais como proteínas de antígeno eritrocitário que determinam o grupo sanguíneo, alterações nas quais sob a influência de fatores externos são quase impossíveis.

As modificações são direcionadas, em contraste com as mutações, cujas direções são variadas. A intensidade das mudanças de modificação é proporcional à força e duração do fator de atuação.

Variabilidade genotípica associada a uma mudança no genótipo, transmitida às gerações. Existem duas formas de variabilidade genotípica: a combinatória e a mutacional.A forma combinatória da variabilidade está associada ao processo de reprodução sexual e novas combinações de genes parentais nos genótipos das crianças.

Dois mecanismos de variabilidade combinatória estão associados ao processo de maturação das células germinativas - a meiose. A principal delas é uma combinação independente de cromossomos não homólogos, que ocorre na anáfase da primeira divisão meiótica. A probabilidade de tais combinações para uma pessoa é 2 23 . O segundo mecanismo é a troca de segmentos cromossômicos entre cromossomos homólogos (crossing over). As combinações de genes são aprimoradas pela seleção aleatória de pares parentais e pelo encontro aleatório de gametas no mesmo par parental na fertilização. Como resultado disso, várias combinações de genes surgem nos zigotos, o que cria inúmeras variantes.

variabilidade mutacional.

O termo "mutação" foi introduzido em 1901 por G. de Vries. Mutação ele chamou de aparecimento súbito de um novo traço hereditário. As causas e mecanismos da formação de mutações são variados. A classificação das mutações é multidirecional.

1. De acordo com o local de origem, as mutações somáticas e generativas são distinguidas. Mutações somáticas são mutações em células somáticas. Transmitida às gerações por propagação vegetativa, pode ser utilizada no melhoramento de plantas para obtenção de novas variedades. As manifestações conhecidas de mutações somáticas são: manchas de uma cor diferente na pele de ovelhas, manchas de pigmentação da pele, íris dos olhos em humanos, verrugas (papilomas) da pele, mutações generativas - mutações nos gametas são herdadas.
2. De acordo com a escala de envolvimento no processo de mutação, as mutações genéticas, cromossômicas e genômicas são distinguidas.
   Mutações genéticas (pontuais)- alteração na sequência de nucleotídeos dentro do gene, eles são expressos da seguinte forma:
   1. deposição de um nucleotídeo;
   2. inserção de nucleotídeos;
   3. duplicação de nucleotídeos - duplicação de um ou mais pares de nucleotídeos;
   4. rearranjo de nucleotídeos.
   Nesse caso, a leitura da informação é distorcida ("frame shift"), o significado dos codogênios muda e, consequentemente, a síntese de um polipeptídeo normal.
   Mutações cromossômicas (aberrações) surgem como resultado do rearranjo dos cromossomos:
   1. deleções - perda de uma grande porção de um cromossomo;
   2. duplicações - duplicação de uma seção de um cromossomo;
   3. translocações - a transferência de uma seção de um cromossomo para outro não hemiológico;
   4. inserções - a transferência de uma seção de um cromossomo ou genes individuais para outro local neste cromossomo; esses são os chamados genes móveis, cujas posições no cromossomo afetam a característica de diferentes maneiras;
   5. inversão - rearranjo de uma seção de um cromossomo com sua reversão t 180 °.
   Mutações genômicas- mudança no número de cromossomos:
   1. poliploidia - um aumento no número diplóide de cromossomos, adicionando conjuntos inteiros de cromossomos. Nas formas poliplóides, observa-se um aumento no número de cromossomos, um múltiplo do conjunto haplóide (3n - triplóide; 4n - tetraplóide, 5n - pentaplóide, 6n - hexaplóide). Em animais e humanos, em alguns órgãos internos (fígado, rins), são encontradas células poliplóides, cujo número aumenta com a idade - poliploidia somática seletiva. Tais células têm maior funcionalidade que as diplóides;
   2. aneuploidia - uma mudança no número de cromossomos, em que em um conjunto diplóide pode haver um cromossomo a mais ou a menos que o normal: 2n ± 1 cromossomos;
   3. haploidia - uma diminuição no número de cromossomos em células somáticas para um conjunto haploide. Haplóides são encontrados principalmente entre plantas (datura, milho, trigo). Eles se distinguem por seu tamanho menor, viabilidade reduzida e infertilidade.
3. Existem mutações espontâneas e induzidas. Mutações espontâneas ocorrem sob a influência de fatores mutagênicos aleatórios, cuja dose e tempo não são estritamente definidos. A frequência de mutações espontâneas é a mesma para todos os organismos e é igual a 10 -7 - 10 -5 para um gene. Mutações induzidas - mutações causadas por fatores mutagênicos que aumentam a frequência de mutações espontâneas.
4. De acordo com a natureza da manifestação, distinguem-se mutações dominantes, semidominantes e recessivas.
   Os dominantes aparecem imediatamente no fenótipo (por exemplo, polidactilia - vários dedos).
   Os semidominantes suprimem parcialmente o gene recessivo, aparecem simultaneamente com ele, causando um traço intermediário.
   Os recessivos são transmitidos de geração em geração como parte dos heterozigotos, aparecem apenas em um par com a mesma mutação em organismos homozigotos para esses alelos.
5. Por valor seletivo (valor para seleção), as mutações são divididas em benéficas e prejudiciais.
   Os úteis contribuem para o desenvolvimento de características que proporcionam ao organismo vantagens na sobrevivência e reprodução. Então eles são fixados por seleção.
   Prejudicial:
   1. letal - causa a morte de organismos;
   2. semi-letal - reduz drasticamente sua reprodução.
   Mas eles podem não aparecer por muito tempo e se acumular no pool genético da população como parte de heterozigotos. Deve ser lembrado que o efeito da manifestação de mutações depende de fatores ambientais. Por exemplo, Drosophila tem um gene legal, cuja penetrância a uma temperatura de +30°C é 100%, ou seja, todas as moscas morrem, a 0°C - 0%, i.e. todas as moscas sobrevivem.

Fatores mutagênicos podem ser divididos em 3 grupos:

Genética humana.

Observe que os padrões genéticos básicos são de importância universal. No entanto, uma pessoa como objeto de pesquisa genética tem uma grande especificidade, o que cria certas dificuldades no estudo de sua hereditariedade e variabilidade: a incapacidade de aplicar o método hibridológico,

Subsídio para candidatos a universidades
Autor Galkin.

Introdução.

Biologia é a ciência da vida. Este é um conjunto de disciplinas científicas que estudam os seres vivos. Assim, o objeto de estudo da biologia é a vida em todas as suas manifestações. O que é a vida? Não há uma resposta completa para esta pergunta até agora. Das muitas definições deste conceito, aqui é a mais popular. A vida é uma forma especial de existência e estado físico-químico dos corpos protéicos, caracterizada por uma assimetria espelhada de aminoácidos e açúcares, metabolismo, homeostase, irritabilidade, auto-reprodução, autogoverno do sistema, adaptabilidade ao meio ambiente, autodesenvolvimento , movimento no espaço, transferência de informação, discrição física e funcional de indivíduos individuais ou conglomerados sociais, bem como a relativa independência de sistemas superorganismos, com a unidade física e química geral da matéria viva da biosfera.

O sistema de disciplinas biológicas inclui a direção da pesquisa sobre objetos sistemáticos: microbiologia, zoologia, botânica, estudo do homem, etc. Os padrões mais amplos que revelam a essência da vida, suas formas e padrões de desenvolvimento são considerados pela biologia geral. Esta área do conhecimento tradicionalmente inclui a doutrina da origem da vida na Terra, a doutrina da célula, o desenvolvimento individual dos organismos, a biologia molecular, o darwinismo (doutrina evolutiva), a genética, a ecologia, a doutrina da biosfera e a doutrina do homem.

Origem da vida na terra.

O problema da origem da vida na Terra foi e continua sendo o principal problema, junto com a cosmologia e o conhecimento, para encontrar a estrutura da matéria. A ciência moderna não tem evidências diretas de como e onde a vida surgiu. Existem apenas construções lógicas e evidências indiretas obtidas por meio de experimentos de modelos e dados no campo da paleontologia, geologia, astronomia etc.

Na biologia científica, as hipóteses mais conhecidas da origem da vida na Terra são a teoria da panspermia de S. Arrhenius e a teoria da origem da vida na Terra como resultado de um longo desenvolvimento evolutivo da matéria proposto por A. I. Oparin .

A teoria da panspermia foi difundida no final do século 19 e início do século 20. E agora ela tem muitos apoiadores.

De acordo com essa teoria, os seres vivos foram trazidos para a Terra do espaço sideral. Particularmente difundidas foram as suposições sobre a introdução de embriões de organismos vivos na Terra com meteoritos ou poeira cósmica. Até agora, em meteoritos, eles estão tentando descobrir quais sinais de vida. Em 1962, cientistas americanos, em 1982, cientistas russos relataram a descoberta de restos de organismos em meteoritos. Mas logo foi mostrado que as formações estruturais encontradas são na verdade grânulos minerais e apenas na aparência se assemelham a estruturas biológicas. Em 1992, surgiram os trabalhos de cientistas americanos, onde, a partir de um estudo de material selecionado na Antártida, descrevem a presença em meteoritos de restos de seres vivos semelhantes a bactérias. O que espera por esta descoberta o tempo dirá. Mas, o interesse na teoria da panspermia não desapareceu até hoje.

O desenvolvimento sistemático do problema da origem da vida na Terra começou na década de 1920. Em 1924, foi publicado o livro de A. I. Oparin "A Origem da Vida", e em 1929 um artigo de D. Haldane sobre o mesmo tema. Mas, como o próprio Haldane observou mais tarde, dificilmente se poderia encontrar algo novo em seu artigo que Oparin não tivesse. Portanto, a teoria da origem da vida na Terra como resultado do “big bang biológico” pode ser chamada com segurança de teoria de Oparin, e não de teoria de Oparin-Haldane.

De acordo com a teoria de Oparin, a vida se originou na Terra. Este processo consistiu nas seguintes etapas: 1) As substâncias orgânicas são formadas a partir de substâncias inorgânicas; 2) há um rápido rearranjo físico-químico das substâncias orgânicas primárias. Espelhar substâncias pré-biológicas orgânicas assimétricas em condições de atividade vulcânica ativa, alta temperatura, radiação, radiação ultravioleta aprimorada, tamanhos de tempestade rapidamente. Durante a polimerização de aminoácidos canhotos, as proteínas primárias foram formadas. Ao mesmo tempo, surgiram bases nitrogenadas - nucleotídeos; 3) processos físicos e químicos contribuíram para a formação de gotas de coacervados (coacervados) - estruturas tipo gel; 4) a formação de polinucleotídeos - DNA e RNA e sua inclusão em coacervados; 5) a formação de um "filme" que separava os coacervados do ambiente, o que levou ao surgimento de um sistema pré-biológico, que era um sistema aberto. Tinha a capacidade de matriz de síntese e decomposição de proteínas.

Nos anos seguintes, a teoria de Oparin foi plenamente confirmada. O grande mérito de uma teoria é que muito dela pode ser testada ou logicamente relacionada a proposições verificáveis.

Um passo extremamente importante no processo de surgimento da vida foi a transição de compostos inorgânicos de carbono para orgânicos. Dados astronômicos mostraram que mesmo agora a formação de substâncias orgânicas está ocorrendo em todos os lugares, completamente independente da vida. A partir disso, concluiu-se que tal síntese ocorreu na Terra durante a formação da crosta terrestre. Uma série de trabalhos de síntese foi iniciada em 1953 por S. Miller, que sintetizou vários aminoácidos passando uma descarga elétrica através de uma mistura de gases, presumivelmente constituindo a atmosfera primária (hidrogênio, vapor d'água, amônia, metano). Ao alterar componentes individuais e fatores de influência, vários cientistas obtiveram glicina, ácido ascárgico e outros aminoácidos. Em 1963, modelando as condições da atmosfera antiga, os cientistas obtiveram polipeptídeos individuais com um peso molecular de 3.000-9.000. Nos últimos anos, a composição química, as propriedades físico-químicas e o mecanismo de formação de gotas de coacervato foram estudados em detalhes no Instituto de Bioquímica da Academia Russa de Ciências e na Universidade Estadual de Moscou. Mostrou-se que, simultaneamente ao processo geral de evolução dos sistemas pré-biológicos, ocorreu sua transformação em estruturas mais especializadas.

E aqui fica claro que a seleção natural deve levar no futuro ao surgimento de uma célula - uma unidade estrutural e funcional elementar de um organismo vivo.

As principais características da vida.

A capacidade de se mover. Sinais que aparecem claramente em animais, muitos dos quais são capazes de se mover ativamente. Nos órgãos de movimento mais simples estão os flagelos, os cílios, etc. Nos animais mais organizados, aparecem os membros. As plantas também têm a capacidade de se mover. A alga unicelular Chlamydomonas tem flagelos. Dispersão de esporos, dispersão de sementes, movimento no espaço com a ajuda de rizomas são todas variantes de movimento.

A capacidade de crescer. Todos os seres vivos são capazes de aumentar em tamanho e massa devido ao alongamento, divisão celular, etc.

Nutrição, respiração, excreção são os processos pelos quais o metabolismo é assegurado.

A irritabilidade é a capacidade de reagir e dar respostas a influências externas.

A reprodução e o fenômeno de variabilidade e hereditariedade a ela associados são a característica mais característica dos vivos. Qualquer organismo vivo produz sua própria espécie. A prole retém os traços de seus pais e adquire traços que são apenas característicos deles.

A combinação dessas características, sem dúvida, caracteriza o ser vivo como um sistema que forma metabolismo, irritabilidade e capacidade de reprodução, mas deve-se lembrar que o conceito de viver é muito mais complicado (ver introdução).

níveis de organização da vida.

O nível de organização é o lugar funcional da estrutura biológica de um certo grau de complexidade no "sistema de sistemas" geral dos vivos. Normalmente, são distinguidos níveis de organização molecular (molecular-genético), celular, organismo, espécie-população, biocenótico, biosférico.

A unidade elementar e funcional da vida é a célula. Uma célula tem quase todas as características principais de um ser vivo, ao contrário dos chamados organismos não celulares (por exemplo, vírus), que existem no nível molecular.

O organismo é um verdadeiro portador de vida, caracterizado por todas as suas biopropriedades.

Uma espécie é um grupo de indivíduos semelhantes em estrutura e origem.

A biocenose é um conjunto interligado de espécies que habitam uma área mais ou menos homogênea de terra ou água.

A biosfera é a totalidade de todas as biocenoses da Terra.

Métodos para estudar biologia.

Os métodos da biologia moderna são determinados por suas tarefas. Uma das principais tarefas da biologia é o conhecimento do mundo dos seres vivos ao nosso redor. Os métodos da biologia moderna visam especificamente estudar este problema.

A pesquisa científica geralmente começa com observações. Este método de estudar objetos biológicos tem sido usado desde o início da existência significativa do homem. Esse método permite que você crie uma ideia sobre o objeto em estudo, para coletar material para trabalhos posteriores.

A observação foi o principal método no período descritivo do desenvolvimento da biologia. Com base nas observações, uma hipótese é apresentada.

Os próximos passos no estudo de objetos biológicos estão relacionados ao experimento.

Tornou-se a base para a transição da biologia da ciência descritiva para a ciência experimental. O experimento permite verificar os resultados das observações e obter dados que não podem ser obtidos na primeira etapa do estudo.

Um verdadeiro experimento científico deve ser acompanhado por um experimento de controle.

O experimento deve ser reprodutível. Isso permitirá obter dados confiáveis ​​e processar dados usando um computador.

Nos últimos anos, o método de modelagem tem sido amplamente utilizado na biologia. A criação de modelos matemáticos de fenômenos e processos tornou-se possível com a ampla introdução de computadores na pesquisa biológica.

Um exemplo é o algoritmo para estudar as espécies de uma planta. Na primeira etapa, o pesquisador estuda os sinais do organismo. Os resultados da observação são registrados em um diário especial. Com base na identificação de todas as características disponíveis, é levantada a hipótese de que o organismo pertence a uma determinada espécie. A exatidão da hipótese é determinada pela experiência. Sabendo que representantes de uma mesma espécie se cruzam livremente e produzem descendentes férteis, o pesquisador cultiva um organismo a partir de sementes retiradas do indivíduo em estudo e cruza o organismo cultivado com um organismo de referência, cuja espécie pertencente é previamente estabelecida. Se, como resultado desse experimento, forem obtidas sementes das quais um organismo viável se desenvolve, a hipótese é considerada confirmada.

Diversidade do mundo orgânico.

A diversidade, assim como a diversidade da vida na Terra, é estudada pela sistemática - a seção mais importante da biologia.

Os sistemas de organismos são um reflexo da diversidade da vida na Terra. Representantes de três grupos de organismos vivem na Terra: vírus, procariontes, eucariotos.

Os vírus são organismos que não possuem estrutura celular. Procariotos e eucariotos são organismos cuja principal unidade estrutural é a célula. As células procarióticas não têm um núcleo celular bem formado. Nos eucariotos, a célula possui um núcleo verdadeiro, onde o material nuclear é separado do citoplasma por uma membrana de duas membranas.

Os procariontes incluem bactérias e algas verde-azuladas. As bactérias são organismos unicelulares, principalmente heterozigotos. As algas verde-azuladas são organismos unicelulares, coloniais ou multicelulares com um tipo misto de nutrição. As células verde-azuladas têm clorofila que fornece nutrição autotrófica, mas as células-verdes-azuladas podem absorver substâncias orgânicas prontas a partir das quais constroem suas próprias substâncias macromoleculares. Existem três reinos dentro dos eucariotos: fungos, plantas e animais. Os cogumelos são organismos heterotróficos cujo corpo é representado pelo micélio. Um grupo especial de fungos são os liquens, onde os simbiontes fúngicos são algas unicelulares ou verde-azuladas.

As plantas são principalmente organismos autotróficos.

Os animais são eucariotos heterozigotos.

Os organismos vivos na Terra existem no estado de comunidades - biocenoses.

A própria relação dos vírus com os organismos é discutível, pois eles não podem se reproduzir fora da célula e não possuem estrutura celular. E, no entanto, a maioria dos biólogos acredita que os vírus são os menores organismos vivos.

O botânico russo D.I. Ivanovsky é considerado o descobridor dos vírus, mas somente com a invenção do microscópio eletrônico tornou-se possível estudar a estrutura dessas estruturas misteriosas. Os vírus são muito simples. O "núcleo" do vírus é uma molécula de DNA ou RNA. Esse "núcleo" é cercado por uma casca de proteína. Alguns vírus desenvolvem um envelope lipoprotéico que surge da membrana citoplasmática da célula hospedeira.

Uma vez dentro da célula, os vírus adquirem a capacidade de se reproduzir. Ao mesmo tempo, eles “desligam” o DNA do hospedeiro e, usando seu ácido nucléico, dão o comando para sintetizar novas cópias do vírus. Os vírus podem "atacar" as células de todos os grupos de organismos. Os vírus que "atacam" as bactérias recebem um nome especial - bacteriófagos.

A importância dos vírus na natureza está associada à sua capacidade de causar diversas doenças. Este é o mosaico de folhas, gripe, varíola, sarampo, poliomielite, caxumba e a "praga" do século XX - AIDS.

O método de transmissão dos vírus é realizado por gota-líquido, por contato, com auxílio de portadores (pulgas, ratos, camundongos, etc.), por meio de fezes e alimentos.

Síndrome da imunodeficiência adquirida (AIDS). vírus da AIDS.

A AIDS é uma doença infecciosa causada por um vírus RNA. O vírus da AIDS tem uma forma em forma de bastonete ou oval ou redonda. Neste último caso, seu diâmetro chega a 140 nm. O vírus consiste em RNA, uma enzima revartase, dois tipos de proteínas, dois tipos de glicoproteínas e lipídios que formam a membrana externa. A enzima catalisa a reação da síntese da fita de DNA no molde de RNA viral em uma célula afetada pelo vírus. O vírus da AIDS é expresso em linfócitos T.

O vírus é instável ao meio ambiente, sensível a muitos antissépticos. A atividade infecciosa do vírus é reduzida em 1000 vezes quando aquecido a uma temperatura de 56°C por 30 minutos.

A doença é transmitida sexualmente ou através do sangue. A infecção com AIDS geralmente é fatal!

Fundamentos de Citologia.

Disposições básicas da teoria celular.

A gaiola foi descoberta na segunda metade do século XVII. O estudo da célula desenvolveu-se especialmente fortemente na segunda metade do século 19 em conexão com a criação da teoria celular. O nível celular de pesquisa tornou-se o princípio orientador das mais importantes disciplinas biológicas. Na biologia, uma nova seção tomou forma - citologia. O objeto de estudo da citologia são as células de organismos multicelulares, bem como organismos cujo corpo é representado por uma única célula. A citologia estuda a estrutura, composição química, formas de sua reprodução, propriedades adaptativas.

A base teórica da citologia é a teoria celular. A teoria celular foi formulada em 1838 por T. Schwann, embora as duas primeiras disposições da teoria celular pertençam a M. Schleiden, que estudou células vegetais. T. Schwann, um conhecido especialista na estrutura das células animais, em 1838, com base nos dados dos trabalhos de M. Schleiden e nos resultados de sua própria pesquisa, chegou às seguintes conclusões:

A célula é a menor unidade estrutural dos organismos vivos.

As células são formadas como resultado da atividade de organismos vivos.

As células animais e vegetais têm mais semelhanças do que diferenças.

As células de organismos multicelulares estão interligadas estrutural e funcionalmente.

Um estudo mais aprofundado da estrutura e atividade de vida tornou possível aprender muito sobre isso. Isso foi facilitado pelo aperfeiçoamento das técnicas microscópicas, métodos de pesquisa e a chegada de muitos pesquisadores talentosos em citologia. A estrutura do núcleo foi estudada em detalhes, uma análise citológica de processos biológicos importantes como mitose, meiose e fertilização foi realizada. A microestrutura da própria célula tornou-se conhecida. As organelas celulares foram descobertas e descritas. O programa de pesquisa citológica do século 20 estabeleceu a tarefa de elucidar e distinguir com mais precisão as propriedades da célula. Assim, atenção especial foi dada ao estudo da composição química da célula e o mecanismo pelo qual a célula absorve substâncias do ambiente.

Todos esses estudos permitiram multiplicar e expandir as provisões da teoria celular, cujos principais postulados atualmente se assemelham a este:

A célula é a unidade básica e estrutural de todos os organismos vivos.

As células são formadas apenas a partir de células como resultado da divisão.

As células de todos os organismos são semelhantes em estrutura, composição química e funções fisiológicas básicas.

As células de organismos multicelulares formam um único complexo funcional.

As células de plantas e animais superiores formam grupos funcionalmente relacionados - tecidos; Os órgãos que compõem o corpo são formados a partir de tecidos.

Características estruturais das células procarióticas e eucarióticas.

Os procariontes são os organismos mais antigos que formam um reino independente. Os procariontes incluem bactérias, "algas" azul-esverdeadas e vários outros pequenos grupos.

As células procarióticas não têm um núcleo distinto. O aparato genético é apresentado. é formado por DNA circular. Não há mitocôndrias e aparelho de Golgi na célula.

Eucariotos são organismos que possuem um núcleo verdadeiro. Os eucariotos incluem representantes do reino vegetal, do reino animal e do reino dos fungos.

As células eucarióticas são geralmente maiores que as células procarióticas, divididas em elementos estruturais separados. O DNA ligado a uma proteína forma cromossomos, que estão localizados no núcleo, circundados por um envelope nuclear e preenchidos com carioplasma. A divisão de células eucarióticas em elementos estruturais é realizada usando membranas biológicas.

células eucarióticas. Estrutura e funções.

Eucariotos incluem plantas, animais, fungos.

A estrutura das células vegetais e fúngicas é discutida em detalhes na seção de botânica "Manuais para candidatos a universidades" Compilado por M. A. Galkin.

Neste manual, apontaremos as características distintivas das células animais, com base em um dos preceitos da teoria celular. "Há mais semelhanças entre células vegetais e animais do que diferenças."

As células animais não possuem parede celular. É representado por um protoplasto nu. A camada limite de uma célula animal - o glicocálice é a camada superior da membrana citoplasmática "reforçada" por moléculas de polissacarídeos, que fazem parte da substância intercelular do que na célula.

As mitocôndrias têm cristas dobradas.

As células animais têm um centro celular que consiste em dois centríolos. Isso sugere que qualquer célula animal é potencialmente capaz de divisão.

A inclusão em uma célula animal apresenta-se na forma de grãos e gotas (proteínas, gorduras, glicogênio de carboidratos), produtos finais do metabolismo, cristais de sal, pigmentos.

Nas células animais, pode haver vacúolos contráteis, digestivos e excretores de tamanhos pequenos.

Não há plastídios nas células, inclusões na forma de grãos de amido, grãos, grandes vacúolos cheios de suco.

Divisão celular.

Uma célula é formada apenas a partir de uma célula como resultado da divisão. As células eucarióticas dividem-se de acordo com o tipo de mitose ou de acordo com o tipo de meiose. Ambas as divisões procedem em três etapas:

A divisão das células vegetais de acordo com o tipo de mitose e de acordo com o tipo de meiose é descrita em detalhes na seção "Botânica" do manual para candidatos a universidades compilado por M. A. Galkin.

Aqui indicamos apenas as características de divisão para células animais.

As características da divisão nas células animais estão associadas à ausência de uma parede celular nelas. Quando uma célula se divide de acordo com o tipo de mitose na citocinese, a separação das células-filhas ocorre já na primeira fase. aparecimento da parede celular primária nas células filhas. Quando uma célula se divide de acordo com o tipo de meiose nos animais, a divisão ocorre já na telófase 1. Nas plantas, na telófase 1, termina a formação de uma célula binuclear.

A formação do fuso de divisão na telófase um é precedida pela divergência dos centríolos aos pólos da célula. A partir dos centríolos, começa a formação dos filamentos do fuso. Nas plantas, os filamentos do fuso começam a se formar a partir de aglomerados de polos de microtúbulos.

Movimento celular. Organelas de movimento.

Os organismos vivos que consistem em uma célula geralmente têm a capacidade de se mover ativamente. Os mecanismos de movimento que surgiram no processo de evolução são muito diversos. As principais formas de movimento são - amebóides e com a ajuda de flagelos. Além disso, as células podem se mover secretando muco ou movendo a substância principal do citoplasma.

O movimento amebóide recebeu o nome do organismo mais simples - a ameba. Os órgãos de movimento na ameba são pernas falsas - pseudo-semelhança, que são saliências do citoplasma. Eles são formados em diferentes lugares na superfície do citoplasma. Eles podem desaparecer e reaparecer em outro lugar.

O movimento com a ajuda de flagelos é característico de muitas algas unicelulares (por exemplo, chlamydomonas), protozoários (por exemplo, euglena verde) e bactérias. Os órgãos de movimento nesses organismos são flagelos - excrescências citoplasmáticas na superfície do citoplasma.

A composição química da célula.

A composição química da célula está intimamente relacionada com as características da estrutura e funcionamento desta unidade elementar e funcional do ser vivo.

Assim como morfologicamente, o mais comum e universal para células de representantes de todos os reinos é a composição química do protoplasto. Este último contém cerca de 80% de água, 10% de matéria orgânica e 1% de sais. O papel principal na formação do protoplasto entre eles é principalmente proteínas, ácidos nucleicos, lipídios e carboidratos.

De acordo com a composição dos elementos químicos, o protoplasto é extremamente complexo. Ele contém substâncias com um peso molecular pequeno e substâncias com uma molécula grande. 80% do peso do protoplasto é constituído por substâncias de elevado peso molecular e apenas 30% por compostos de baixo peso molecular. Ao mesmo tempo, para cada macromolécula existem centenas, e para cada macromolécula grande existem milhares e dezenas de milhares de moléculas.

Se considerarmos o conteúdo de elementos químicos na célula, o primeiro lugar deve ser dado ao oxigênio (65-25%). Em seguida vêm carbono (15-20%), hidrogênio (8-10%) e nitrogênio (2-3%). O número de outros elementos, e cerca de uma centena deles foram encontrados nas células, é muito menor. A composição dos elementos químicos em uma célula depende tanto das características biológicas do organismo quanto do habitat.

Substâncias inorgânicas e seu papel na vida da célula.

As substâncias inorgânicas da célula incluem água e sais. Para os processos vitais, dos cátions que compõem os sais, os mais importantes são K, Ca, Mg, Fe, Na, NH, dos ânions NO, HPO, HPO.

Os íons amônio e nitrato são reduzidos às células vegetais a NH e são incluídos na síntese de aminoácidos; Nos animais, os aminoácidos são usados ​​para construir suas próprias proteínas. Quando os organismos morrem, eles são incluídos no ciclo de substâncias na forma de nitrogênio livre. Fazem parte das proteínas, aminoácidos, ácidos nucléicos e ATP. Se os fosfatos de fósforo, estando no solo, são dissolvidos pelas secreções das raízes das plantas e absorvidos. Eles fazem parte de todas as estruturas de membrana, ácidos nucléicos e ATP, enzimas, tecidos.

O potássio é encontrado em todas as células na forma de íons K. A "bomba de potássio" da célula promove a penetração de substâncias através da membrana celular. Ativa os processos vitais das células, excitações e impulsos.

O cálcio é encontrado nas células na forma de íons ou cristais de sal. Incluído no sangue contribui para a sua coagulação. Incluído nos ossos, conchas, esqueletos calcários de pólipos de coral.

O magnésio é encontrado na forma de íons nas células vegetais. Incluído na clorofila.

Os íons de ferro fazem parte da hemoglobina contida nos glóbulos vermelhos, que fornecem o transporte de oxigênio.

Os íons de sódio estão envolvidos no transporte de substâncias através da membrana.

Em primeiro lugar entre as substâncias que compõem a célula, está a água. Está contido na substância principal do citoplasma, na seiva celular, no carioplasma, nas organelas. Entra em reações de síntese, hidrólise e oxidação. É um solvente universal e uma fonte de oxigênio. A água fornece turgor, regula a pressão osmótica. Finalmente, é um meio para processos fisiológicos e bioquímicos que ocorrem na célula. Com a ajuda da água, é assegurado o transporte de substâncias através da membrana biológica, o processo de termorregulação, etc.

A água com outros componentes - orgânicos e inorgânicos, de alto e baixo peso molecular - está envolvida na formação da estrutura do protoplasto.

Substâncias orgânicas (proteínas, carboidratos, lipídios, ácidos nucléicos, ATP), sua estrutura e papel na vida da célula.

A célula é a estrutura elementar na qual todas as principais etapas do metabolismo biológico são realizadas e todos os principais componentes químicos da matéria viva estão contidos. 80% do peso do protoplasto é composto de substâncias macromoleculares - proteínas, carboidratos, lipídios, ácidos nucleicos.

Entre os principais componentes do protoplasma, o principal valor pertence à proteína. A macromolécula proteica possui a composição e estrutura mais complexas, e é caracterizada por uma manifestação extremamente rica de propriedades químicas e físico-químicas. Ele contém uma das propriedades mais importantes da matéria viva - especificidade biológica.

Os aminoácidos são os principais blocos de construção de uma molécula de proteína. As moléculas da maioria dos aminoácidos contêm um grupo carboxila e um grupo amina cada. Os aminoácidos em uma proteína são interconectados através de ligações peptídicas devido aos grupos carboxila e -amina, ou seja, uma proteína é um polímero, cujo monômero é aminoácidos. As proteínas dos organismos vivos são formadas por vinte aminoácidos "dourados".

O conjunto de ligações peptídicas que une uma cadeia de resíduos de aminoácidos forma uma cadeia peptídica - uma espécie de espinha dorsal das moléculas polipeptídicas.

Em uma macromolécula de proteína, várias ordens de estrutura são distinguidas - primária, secundária, terciária. A estrutura primária de uma proteína é determinada pela sequência de resíduos de aminoácidos. A estrutura secundária das cadeias polipeptídicas é uma hélice contínua ou descontínua. A orientação espacial dessas hélices ou a combinação de vários polipeptídeos constituem um sistema de ordem superior - uma estrutura terciária característica das moléculas de muitas proteínas. Para moléculas de proteínas grandes, tais estruturas são apenas subunidades, cujo arranjo espacial mútuo constitui uma estrutura quaternária.

As proteínas fisiologicamente ativas têm uma estrutura globular, como uma bobina ou cilindro.

A sequência e a estrutura de aminoácidos determinam as propriedades da proteína, e as propriedades determinam a função. Existem proteínas que são insolúveis em água e existem proteínas que são livremente solúveis em água. Existem proteínas solúveis apenas em soluções fracas de álcalis ou 60-80% de álcool. As proteínas também diferem no peso molecular e, portanto, no tamanho da cadeia polipeptídica. Uma molécula de proteína sob a influência de certos fatores é capaz de quebrar ou desenrolar. Esse fenômeno é chamado de desnaturação. O processo de desnaturação é reversível, ou seja, a proteína é capaz de alterar suas propriedades.

As funções das proteínas na célula são diversas. Estas são, em primeiro lugar, funções de construção - a proteína faz parte das membranas. As proteínas atuam como catalisadores. Eles aceleram as reações. Catalisadores celulares são chamados de enzimas. As proteínas também desempenham uma função de transporte. Um excelente exemplo é a hemoglobina, um agente transportador de oxigênio. A função protetora das proteínas é conhecida. Lembre-se da formação nas células de substâncias que se ligam e neutralizam substâncias que podem prejudicar a célula. Embora insignificantemente, as proteínas desempenham uma função energética. Decompondo-se em aminoácidos, eles liberam energia.

Cerca de 1% da matéria seca da célula são carboidratos. Os carboidratos são divididos em açúcares simples, carboidratos de baixo peso molecular e açúcares de alto peso molecular. Todos os tipos de carboidratos contêm átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio.

Açúcares simples, ou monoses, são divididos em pentoses e heptoses de acordo com o número de unidades de carbono na molécula. Dos carboidratos de baixo peso molecular na natureza, sacarose, maltose e lactose são os mais difundidos. Os carboidratos de alto peso molecular são divididos em simples e complexos. Simples são polissacarídeos, cujas moléculas consistem em resíduos de qualquer monose. Estes são amido, glicogênio, celulose. Os complexos incluem pectina, muco. A composição dos carboidratos complexos, além das monoses, inclui os produtos de sua oxidação e redução.

Os carboidratos desempenham uma função de construção, formando a base da parede celular. Mas a principal função dos carboidratos é a energia. Quando os carboidratos complexos são divididos em simples e os simples em dióxido de carbono e água, uma quantidade significativa de energia é liberada.

Todas as células animais e vegetais contêm lipídios. Os lípidos incluem substâncias de várias naturezas químicas, mas com propriedades físicas e químicas comuns, nomeadamente: Insolubilidade em água e boa solubilidade em solventes orgânicos - éter, benzeno, gasolina, clorofórmio.

De acordo com a composição química e estrutura, os lipídios são divididos em fosfolipídios, sulfolipídios, esteróis, pigmentos lipossolúveis, gorduras e ceras. As moléculas lipídicas são ricas em radicais e grupos hidrofóbicos.

A função de construção dos lipídios é ótima. A maior parte das membranas biológicas consiste em lipídios. Durante a quebra de gorduras, uma grande quantidade de energia é liberada. Os lipídios incluem algumas vitaminas (A, D). Os lipídios desempenham uma função protetora em animais. Eles são depositados sob a pele, criando uma camada com baixa condutividade térmica. A gordura do camelo é a fonte de água. Um quilo de gordura oxida para dar um quilo de água.

Os ácidos nucleicos, como as proteínas, desempenham um papel importante no metabolismo e na organização molecular da matéria viva. Eles estão associados à síntese de proteínas, crescimento e divisão celular, formação de estruturas celulares e, consequentemente, formação e hereditariedade do corpo.

Os ácidos nucleicos contêm três blocos de construção básicos: ácido fosfórico, um carboidrato do tipo pentose e bases nitrogenadas; quando combinados, eles formam nucleotídeos. Os ácidos nucleicos são polinucleotídeos, ou seja, produtos de polimerização de um grande número de nucleotídeos. Nos nucleotídeos, os elementos estruturais são conectados na seguinte sequência: ácido fosfórico - pentose - base nitrogenada. Ao mesmo tempo, a pentose está conectada ao ácido fosfórico por uma ligação éter e a uma base - por uma ligação glicosídica. A conexão entre os nucleotídeos no ácido nucleico é realizada através do ácido fosfórico, cujos radicais livres causam as propriedades ácidas dos ácidos nucleicos.

Na natureza, existem dois tipos de ácidos nucleicos - ribonucleico e desoxirribonucleico (RNA e DNA). Eles diferem no componente de carbono e no conjunto de bases nitrogenadas.

O RNA contém ribose como componente de carbono, o DNA contém desoxirribose.

As bases nitrogenadas dos ácidos nucléicos são derivadas da purina e da piridina. Os primeiros incluem adenina e guanina, que são componentes essenciais dos ácidos nucleicos. Os derivados de piramidina são citosina, timina, uracila. Destes, apenas a citosina é necessária para ambos os ácidos nucleicos. Quanto à timina e uracila, a primeira é característica do DNA, a última do RNA. Dependendo da presença de uma base nitrogenada, os nucleotídeos são chamados de adenina, citosil, guanina, timina, uracila.

A estrutura estrutural dos ácidos nucléicos ficou conhecida após a maior descoberta feita em 1953 por Watson e Crick.

A molécula de DNA consiste em duas cadeias polinucleotídicas helicoidais torcidas em torno de um eixo comum. Essas cadeias se enfrentam com bases nitrogenadas. Este último mantém ambas as cadeias juntas em toda a molécula. Apenas duas combinações são possíveis em uma molécula de DNA: adenina com timina e guanina com citosina. Ao longo da hélice, duas "ranhuras" são formadas na macromolécula - uma pequena localizada entre duas cadeias de polinucleotídeos, a outra - uma grande - representa uma abertura entre as espiras. A distância entre os pares de bases ao longo do eixo da molécula de DNA é de 3,4 A. 10 pares de nucleotídeos cabem em uma volta da hélice, respectivamente, o comprimento de uma volta é de 3,4 A. O diâmetro da seção transversal da hélice é 20 A. O DNA em eucariotos está contido no núcleo da célula, onde faz parte dos cromossomos, e no citoplasma, onde é encontrado nas mitocôndrias e cloroplastos.

Uma propriedade especial do DNA é sua capacidade de se duplicar - esse processo de auto-reprodução determinará a transferência de propriedades hereditárias da célula mãe para as filhas.

A síntese do DNA é precedida pela transição de sua estrutura de fita dupla para fita simples. Depois disso, em cada cadeia polinucleotídica, à medida que uma nova cadeia polinucleotídica é formada na matriz, cuja sequência nucleotídica corresponde à original, tal sequência é determinada pelo princípio da complementaridade de bases. Contra cada A fica T, contra C - G.

O ácido ribonucleico (RNA) é um polímero cujos monômeros são ribonucleotídeos: adenina, citosina, guanina, uracila.

Atualmente, existem três tipos de RNA - estrutural, solúvel ou de transporte, informativo. O RNA estrutural é encontrado principalmente nos ribossomos. Portanto, é chamado de RNA ribossômico. Constitui até 80% de todo o RNA celular. O RNA de transferência consiste em 80-80 nucleotídeos. Encontra-se na substância principal do citoplasma. Compõe aproximadamente 10-15% de todo o RNA. Desempenha o papel de transportador de aminoácidos para os ribossomos, onde ocorre a síntese de proteínas. O RNA mensageiro não é muito homogêneo; pode ter um peso molecular de 300.000 a 2 milhões ou mais e é extremamente ativo metabolicamente. O RNA mensageiro é continuamente formado no núcleo do DNA, que desempenha o papel de molde, e é enviado aos ribossomos, onde participa da síntese de proteínas. A este respeito, o RNA mensageiro é chamado de RNA mensageiro. É 10-5% da quantidade total de RNA.

Entre as substâncias orgânicas da célula, o ácido adenina trifosfórico ocupa um lugar especial. Ele contém três componentes conhecidos: a base nitrogenada adenina, carboidrato (ribose) e ácido fosfórico. Uma característica da estrutura do ATP é a presença de dois grupos fosfato adicionais ligados ao resíduo de ácido fosfórico já existente, resultando na formação de ligações ricas em energia. Tais conexões são chamadas de macroenergéticas. Uma ligação de macroenergia em uma molécula-grama de uma substância contém até 16.000 calorias. ATP e ADP são formados durante a respiração devido à energia liberada durante a quebra oxidativa de carboidratos, gorduras, etc. processos - em substâncias de síntese, no movimento da substância básica do citoplasma, na condução de excitações, etc. O ATP é uma fonte única e universal de energia que abastece a célula. Como ficou conhecido nos últimos anos, ATP e ADP, AMP são o material de partida para a formação de ácidos nucleicos.

Substâncias reguladoras e sinalizadoras.

As proteínas têm uma série de propriedades notáveis.

Enzimas. A maioria das reações de assimilação e dissimilação no organismo ocorre com a participação de enzimas - proteínas que são catalisadores biológicos. Atualmente, é conhecida a existência de cerca de 700 enzimas. Todos eles são proteínas simples ou complexas. Estes últimos são compostos por proteínas e coenzimas. As coenzimas são várias substâncias fisiologicamente ativas ou seus derivados - nucleotídeos, flavinas, etc.

As enzimas são caracterizadas por uma atividade extremamente alta, que depende em grande parte do pH do meio. Para enzimas, sua especificidade é mais característica. Cada enzima é capaz de regular apenas um tipo de reação estritamente definido.

Assim, as enzimas atuam como aceleradores e reguladores de quase todos os processos bioquímicos na célula e no corpo.

Os hormônios são os segredos das glândulas endócrinas. Os hormônios garantem a síntese de certas enzimas na célula, ativam ou inibem seu trabalho. Assim, aceleram o crescimento do corpo e a divisão celular, melhoram a função muscular, regulam a absorção e excreção de água e sais. O sistema hormonal, juntamente com o sistema nervoso, garante a atividade do corpo como um todo, através da ação especial dos hormônios.

Vitaminas. Seu papel biológico.

As vitaminas são substâncias orgânicas formadas no corpo do animal ou fornecidas com alimentos em quantidades muito pequenas, mas absolutamente necessárias para o metabolismo normal. A falta de vitaminas leva à doença de hipo e avitaminose.

Atualmente, mais de 20 vitaminas são conhecidas. São vitaminas do grupo B, vitaminas E, A, K, C, PP, etc.

O papel biológico das vitaminas reside no fato de que, em sua ausência ou deficiência, o trabalho de certas enzimas é interrompido, as reações bioquímicas e a atividade celular normal são interrompidas.

Biossíntese de proteínas. Código genético.

A biossíntese de proteínas, ou melhor, cadeias polipeptídicas, é realizada nos ribossomos, mas este é apenas o estágio final de um processo complexo.

As informações sobre a estrutura da cadeia polipeptídica estão contidas no DNA. Um segmento de DNA que carrega informações sobre uma cadeia polipeptídica é um gene. Quando isso se tornou conhecido, ficou claro que a sequência de nucleotídeos do DNA deve determinar a sequência de aminoácidos da cadeia polipeptídica. Essa relação entre bases e aminoácidos é conhecida como código genético. Como você sabe, a molécula de DNA é construída a partir de quatro tipos de nucleotídeos, que incluem uma das quatro bases: adenina (A), guanina (G), timina (T), citosina (C). Os nucleotídeos estão conectados em uma cadeia polinucleotídica. Com este alfabeto de quatro letras, são escritas instruções para a síntese de um número potencialmente infinito de moléculas de proteína. Se uma base determinasse a posição de um aminoácido, então a cadeia conteria apenas quatro aminoácidos. Se cada aminoácido fosse codificado por duas bases, então 16 aminoácidos poderiam ser codificados usando tal código. Apenas um código consistindo em tripletos de bases (um código tripleto) pode garantir que todos os 20 aminoácidos sejam incluídos na cadeia polipeptídica. Este código inclui 64 trigêmeos diferentes. Atualmente, o código genético é conhecido para todos os 20 aminoácidos.

As principais características do código genético podem ser formuladas da seguinte forma.

O código que determina a inclusão de um aminoácido em uma cadeia polipeptídica é um trio de bases na cadeia polipeptídica de DNA.

O código é universal: os mesmos trigêmeos codificam os mesmos aminoácidos em diferentes microrganismos.

O código é degenerado: um determinado aminoácido pode ser codificado por mais de um tripleto. Por exemplo, o aminoácido leucina é codificado pelos trigêmeos GAA, GAG, GAT, GAC.

Código de sobreposição: por exemplo, a sequência de nucleotídeos AAACAATTA é lida apenas como AAA/CAA/TTA. Deve-se notar que existem trigêmeos que não codificam um aminoácido. A função de alguns desses trigêmeos foi estabelecida. Estes são códons de início, códons de reinicialização, etc. As funções de outros requerem decodificação.

A sequência de bases em um gene, que carrega informações sobre a cadeia polipeptídica, “é reescrita em sua sequência de bases complementar de RNA informativo ou mensageiro. Esse processo é chamado de transcrição. A molécula de I-RNA é formada como resultado da ligação de ribonucleotídeos livres entre si sob a ação da RNA polimerase de acordo com as regras de pareamento de bases de DNA e RNA (A-U, G-C, T-A, C-G). Moléculas de I-RNA sintetizadas que carregam informações genéticas deixam o núcleo e vão para os ribossomos. Aqui ocorre um processo chamado tradução - a sequência de trigêmeos de bases na molécula de I-RNA é traduzida em uma sequência específica de aminoácidos na cadeia polipeptídica.

Vários ribossomos estão ligados à extremidade da molécula de DNA, formando um polissoma. Toda essa estrutura é uma série de ribossomos conectados. Ao mesmo tempo, em uma molécula de I-RNA, a síntese de várias cadeias polipeptídicas pode ser realizada. Cada ribossomo é composto por duas subunidades, uma pequena e uma grande. I-RNA Liga-se à superfície da pequena subunidade na presença de íons de magnésio. Nesse caso, seus dois primeiros códons traduzidos estão voltados para a subunidade maior do ribossomo. O primeiro códon liga-se a uma molécula de t_RNA contendo um anticódon complementar e carregando o primeiro aminoácido do polipeptídeo sintetizado. O segundo anticódon então liga um complexo aminoácido-tRNA contendo um anticódon complementar a esse códon.

A função do ribossomo é manter os fatores i-RNA, t-RNA e proteína envolvidos no processo de tradução na posição correta até que uma ligação peptídica seja formada entre aminoácidos adjacentes.

Assim que um novo aminoácido se junta à crescente cadeia polipeptídica, o ribossomo se move ao longo da fita de mRNA para colocar o próximo códon em seu devido lugar. A molécula de t-RNA, que antes estava associada à cadeia polipeptídica, agora liberada do aminoácido, sai do ribossomo e retorna à substância principal do citoplasma para formar um novo complexo aminoácido-t-RNA. Essa "leitura" sequencial pelo ribossomo do "texto" contido no mRNA continua até que o processo atinja um dos códons de parada. Esses códons são trigêmeos UAA, UAG ou UGA. Nesta fase, a cadeia polipeptídica, cuja estrutura primária foi codificada na região do DNA - o gene, deixa o ribossomo e a tradução é concluída.

Depois que as cadeias polipeptídicas se separam do ribossomo, elas podem adquirir sua própria estrutura secundária, terciária ou quaternária.

Em conclusão, deve-se notar que todo o processo de síntese de proteínas na célula ocorre com a participação de enzimas. Eles fornecem a síntese de i-RNA, a "captura" de aminoácidos de t-RNA, a conexão de aminoácidos em uma cadeia polipeptídica, a formação de uma estrutura secundária, terciária e quaternária. É por causa da participação de enzimas que a síntese de proteínas é chamada de biossíntese. Para garantir todas as etapas da síntese proteica, é utilizada a energia liberada durante a quebra do ATP.

Regulação da transcrição e tradução (síntese de proteínas) em bactérias e organismos superiores.

Cada célula contém um conjunto completo de moléculas de DNA. Com informações sobre a estrutura de todas as cadeias polipeptídicas que só podem ser sintetizadas em um determinado organismo. No entanto, apenas uma parte dessa informação é realizada em uma determinada célula.Como é realizada a regulação desse processo?

Atualmente, apenas mecanismos individuais de síntese protéica foram elucidados. A maioria das proteínas enzimáticas são formadas apenas na presença de substâncias substrato sobre as quais agem. A estrutura da proteína enzimática é codificada no gene correspondente (gene estrutural). Ao lado do gene estrutural está outro gene operador. Além disso, uma substância especial está presente na célula - um repressor que pode interagir tanto com o gene operador quanto com a substância substrato. A síntese do repressor é regulada por um gene regulador.

Ao unir o gene operador, o repressor interfere no funcionamento normal do gene estrutural adjacente. No entanto, após a ligação a um substrato, o repressor perde sua capacidade de se ligar ao gene operador e impedir a síntese de mRNA. A formação dos próprios repressores é controlada por genes reguladores especiais, cujo funcionamento é controlado por repressores de segunda ordem. É por isso que nem todas, mas apenas células específicas reagem a um determinado substrato sintetizando a enzima correspondente.

No entanto, a hierarquia dos mecanismos repressores não para por aí, existem repressores de ordens superiores, o que indica a incrível complexidade do gene na célula associado ao lançamento.

A leitura do “texto” contido no i-RNA é interrompida quando este processo atinge o códon de parada.

Organismos autotróficos (autotróficos) e heterotróficos.

Os organismos autotróficos sintetizam substâncias orgânicas a partir de substâncias inorgânicas usando a energia do Sol ou a energia liberada durante as reações químicas. Os primeiros são chamados heliotróficos, os segundos - quimiotróficos. Organismos autotróficos incluem plantas e algumas bactérias.

Na natureza, também existe um tipo misto de nutrição, característico de algumas bactérias, algas e protozoários. Tais organismos podem sintetizar as substâncias orgânicas de seu corpo a partir de substâncias orgânicas prontas e inorgânicas.

O volume de substâncias na célula.

O volume de substâncias é um processo consistente de consumo, transformação, uso, acúmulo, perda de substâncias e energia que permite que a célula se autopreserva, cresça, se desenvolva e se multiplique. O metabolismo consiste em processos contínuos de assimilação e dissimilação.

Troca plástica na célula.

O metabolismo do plástico em uma célula é um conjunto de reações de assimilação, ou seja, a transformação de certas substâncias dentro da célula desde o momento em que entram até a formação dos produtos finais - proteínas, glicose, gorduras, etc. Cada grupo de organismos vivos é caracterizado por um tipo especial e geneticamente fixado de metabolismo plástico.

Metabolismo plástico em animais. Os animais são organismos heterotróficos, ou seja, se alimentam de alimentos contendo substâncias orgânicas prontas. No trato intestinal ou na cavidade intestinal, eles são decompostos: proteínas em aminoácidos, carboidratos em monoses, gorduras em ácidos graxos e glicerol. Os produtos de clivagem penetram na corrente sanguínea e diretamente nas células do corpo. No primeiro caso, os produtos da clivagem acabam novamente nas células do corpo. Nas células, são sintetizadas substâncias que já são características de uma determinada célula, ou seja, é formado um conjunto específico de substâncias. Das reações de troca plástica, as mais simples são as reações que proporcionam a síntese de proteínas. A síntese de proteínas ocorre nos ribossomos, de acordo com informações sobre a estrutura da proteína contida no DNA, a partir de aminoácidos que entram na célula. A síntese de di-, polissacarídeos vem de monoses no aparelho de Golgi. As gorduras são sintetizadas a partir de glicerol e ácidos graxos. Todas as reações de síntese ocorrem com a participação de enzimas e requerem o gasto de energia; o ATP fornece energia para as reações de assimilação.

O metabolismo plástico em células vegetais tem muito em comum com o metabolismo plástico em células animais, mas possui certa especificidade associada ao método de nutrição vegetal. As plantas são organismos autotróficos. As células vegetais contendo cloroplastos são capazes de sintetizar substâncias orgânicas a partir de compostos inorgânicos simples usando energia luminosa. Esse processo, conhecido como fotossíntese, permite que as plantas produzam uma molécula de glicose e seis moléculas de oxigênio usando clorofila a partir de seis moléculas de dióxido de carbono e seis moléculas de água. No futuro, a conversão da glicose segue o caminho que conhecemos.

Os metabólitos que surgem nas plantas no processo de metabolismo dão origem aos elementos constituintes das proteínas - aminoácidos e gorduras - glicerol e ácidos graxos. A síntese de proteínas nas plantas ocorre como os animais nos ribossomos e a síntese de gordura no citoplasma. Todas as reações do metabolismo plástico nas plantas ocorrem com a participação de enzimas e ATP. Como resultado do metabolismo plástico, são formadas substâncias que garantem o crescimento e o desenvolvimento da célula.

Metabolismo energético na célula e sua essência.

O conjunto de reações de dissimilação acompanhadas pela liberação de energia é chamado de metabolismo energético. As substâncias mais energéticas são proteínas, gorduras e carboidratos.

O metabolismo energético começa com a fase de fabricação, quando as proteínas se decompõem em aminoácidos, gorduras em glicerol e ácidos graxos, polissacarídeos em monossacarídeos. A energia gerada nesta fase é desprezível e é dissipada na forma de calor. Das substâncias resultantes, o principal fornecedor de energia é a glicose. A quebra da glicose na célula, resultando na síntese de ATP, ocorre em duas etapas. Tudo começa com a divisão sem oxigênio - glicólise. O segundo estágio é chamado de divisão de oxigênio.

Glicólise é o nome dado à sequência de reações em que uma molécula de glicose se decompõe em duas moléculas de ácido pirúvico. Essas reações ocorrem na substância fundamental do citoplasma e não requerem a presença de oxigênio. O processo ocorre em duas etapas. No primeiro estágio, a glicose é convertida em frutose -1,6,-bifosfato e, no segundo estágio, este último é dividido em dois açúcares de três carbonos, que posteriormente são convertidos em ácido pirúvico. Ao mesmo tempo, duas moléculas de ATP são consumidas no primeiro estágio das reações de fosforilação. Assim, o rendimento líquido de ATP durante a glicólise é de duas moléculas de ATP. Além disso, quatro átomos de hidrogênio são liberados durante a glicólise .. A reação total da glicólise pode ser escrita da seguinte forma:

CHO 2CHO + 4H + 2 ATP

Mais tarde, na presença de oxigênio, o ácido pirúvico passa para as mitocôndrias para oxidação completa em CO e água (respiração aeróbica). Se não houver oxigênio, ele se transforma em etanol ou ácido lático (respiração anaeróbica).

A quebra do oxigênio (respiração aeróbica) ocorre nas mitocôndrias, onde, sob a ação de enzimas, o ácido pirúvico reage com a água e se decompõe completamente para formar dióxido de carbono e átomos de hidrogênio. O dióxido de carbono é removido da célula. Os átomos de hidrogênio entram na membrana mitocondrial, onde são oxidados como resultado do processo enzimático. Elétrons e cátions de hidrogênio são transportados para lados opostos da membrana com a ajuda de moléculas transportadoras: elétrons para dentro, prótons para fora. Os elétrons se combinam com o oxigênio. Como resultado desses rearranjos, a membrana é carregada positivamente do lado de fora e negativamente do lado de dentro. Quando um nível crítico de diferença de potencial através da membrana é atingido, partículas carregadas positivamente são empurradas através de um canal na molécula de enzima construída na membrana para o lado interno da membrana, onde se combinam com o oxigênio para formar água.

O processo de respiração de oxigênio pode ser representado como o seguinte nível:

2CHO + 6O + 36ADP + 36HPO 36ATP + 6CO + 42NO.

E a equação total da glicólise e do processo de oxigênio se parece com isso:

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

Assim, a quebra de uma molécula de glicose na célula em dióxido de carbono e água garante a síntese de 38 moléculas de ATP.

Isso significa que, no processo de metabolismo energético, o ATP é formado - a fonte universal de energia na célula.

Quimiossíntese.

Cada organismo precisa de um suprimento constante de energia para manter a vida e realizar os processos que compõem o metabolismo.

O processo de formação por alguns microrganismos de substâncias orgânicas a partir do dióxido de carbono devido à energia obtida a partir da oxidação de compostos inorgânicos (amônia, hidrogênio, compostos de enxofre, ferro ferroso) é chamado de quimiossíntese.

Dependendo dos compostos minerais, como resultado da oxidação de quais microrganismos, e estes são principalmente bactérias, são capazes de obter energia, os quimioautotróficos são divididos em bactérias nitrificantes, hidrogênio, enxofre e ferro.

Bactérias nitrofíticas oxidam amônia em ácido nítrico. Este processo ocorre em duas fases. Primeiro, a amônia é oxidada em ácido nítrico:

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

O ácido nitroso é então convertido em ácido nítrico:

2HNO + O = 2HNO + 158 kJ.

No total, são liberados 818 kJ, que são usados ​​para utilizar o dióxido de carbono.

Nas bactérias ferrosas, a oxidação do ferro ferroso ocorre de acordo com a equação

Como a reação é acompanhada por um baixo rendimento energético (46,2 x 10 J/g de ferro oxidado), as bactérias precisam oxidar uma grande quantidade de ferro para manter o crescimento.

Durante a oxidação de uma molécula de sulfeto de hidrogênio, 17,2 * 10 J são liberados, uma molécula de enxofre - 49,8 * 10 J. e uma molécula - 88,6 * 10 J.

O processo de quimiossíntese foi descoberto em 1887 por S.N. Vinogradsky. Essa descoberta não apenas esclareceu as peculiaridades do metabolismo das bactérias, mas também possibilitou determinar o significado das bactérias - quimioautotróficos. Isso é especialmente verdadeiro para bactérias fixadoras de nitrogênio, que convertem nitrogênio inacessível às plantas em amônia, aumentando assim a fertilidade do solo. O processo de participação das bactérias no ciclo de substâncias na natureza também ficou claro.

reprodução dos organismos.

Formas de reprodução dos organismos.

A capacidade de reprodução, ou seja, produzir uma nova geração da mesma espécie, uma das principais características dos organismos vivos.

Existem dois tipos principais de reprodução - assexuada e sexuada.

Reprodução assexuada.

Na reprodução assexuada, a prole vem de um único organismo. A prole idêntica do mesmo pai é chamada de clone. Membros do mesmo clone podem ser geneticamente diferentes apenas se ocorrerem mutações aleatórias. A reprodução assexuada não ocorre apenas em animais superiores. No entanto, sabe-se que a clonagem tem sido realizada com sucesso para algumas espécies e animais superiores - rãs, ovelhas, vacas.

Na literatura científica, são distinguidas várias formas de reprodução assexuada.

Divisão. Organismos unicelulares se reproduzem por divisão: cada indivíduo se divide em duas ou mais células-filhas, idênticas à célula-mãe. É assim que bactérias, amebas, euglena, chlamydomonas, etc.

Formação de disputa. Um esporo é uma estrutura reprodutiva unicelular. A formação de esporos é característica de todas as plantas e fungos.

Brotando. A brotação é uma forma de reprodução assexuada na qual um novo indivíduo é formado como uma conseqüência do corpo do indivíduo pai e, em seguida, se separa do não e se transforma em um organismo independente. A brotação ocorre em celenterados e em leveduras.

Reprodução por fragmentos. A fragmentação é a divisão de um indivíduo em várias partes, que cresce e forma um novo indivíduo. É assim que espirogira, líquens e alguns tipos de vermes se reproduzem.

Reprodução vegetativa. Esta é uma forma de reprodução assexuada em que uma parte relativamente grande, geralmente diferenciada, é separada da planta e se desenvolve em uma planta independente. Esta é a propagação por bulbos, tubérculos, rizomas, etc. A propagação vegetativa é descrita em detalhes na seção de Botânica. (Botânica. Um guia para candidatos a universidades. Compilado por M. A. Galkin).

Reprodução sexuada.

Durante a reprodução sexual, a prole é obtida como resultado da reprodução sexual - a fusão do material genético dos núcleos haploides. Os núcleos estão localizados em células sexuais especializadas - gametas. Os gametas são haplóides - eles contêm um conjunto de cromossomos obtidos como resultado da meiose; eles servem como um elo entre esta geração e a próxima. Os gametas podem ser os mesmos em tamanho e forma, com ou sem flagelos, mas mais frequentemente os gametas masculinos diferem dos femininos. Gâmetas femininos - os ovos geralmente são maiores que os masculinos, possuem formato arredondado e geralmente não possuem órgãos locomotores. Nos ovos, os elementos do protoplasto também são claramente distinguidos, assim como o núcleo. A principal substância do citoplasma acumula uma grande quantidade de nutrientes. Os gametas masculinos têm uma estrutura muito simplificada. Eles são móveis, ou seja, tem flagelos. Estes são os espermatozoides. Existem também espermatozóides sem flagelos.

A reprodução sexuada é de grande importância biológica. Durante a meiose, quando os gametas são formados, como resultado da divergência aleatória dos cromossomos e da troca de material genético entre cromossomos homólogos, surgem novas combinações de genes que caem em um gameta, o que aumenta a diversidade genética.

Durante a fertilização, os gametas se fundem, formando um zigoto diplóide - uma célula contendo um conjunto de cromossomos de cada gameta. Essa associação de dois conjuntos de cromossomos é a base genética da variabilidade intraespecífica.

Partenogênese.

Uma das formas de reprodução sexual é a partenogênese - na qual o desenvolvimento do embrião ocorre a partir de um óvulo não fertilizado. A partenogênese é comum entre insetos (pulgões, abelhas), vários rotíferos, protozoários, com exceção, ocorre em alguns lagartos.

Existem dois tipos de partenogênese - haploide e diploide. Nas formigas, como resultado da partenogênese haplóide dentro da comunidade, surgem várias castas de organismos - soldados, faxineiros, etc. Nas abelhas, os zangões surgem de um ovo não fertilizado, no qual os espermatozoides são formados por mitose. Os pulgões sofrem partenogênese diplóide. Neles, durante a formação de células em anáfase, os cromossomos homólogos não divergem - e o próprio óvulo acaba sendo diplóide com três corpos polares "estéreis". Nas plantas, a partenogênese é um fenômeno bastante típico. Aqui é chamado de apomixia. Como resultado da "estimulação" no óvulo, ocorre a duplicação dos cromossomos. Um embrião normal se desenvolve a partir de uma célula diplóide.

Sistemática de plantas.

A sistemática estuda a diversidade das plantas. O objeto de estudo da sistemática são as categorias sistemáticas. As principais categorias sistemáticas são: espécie, gênero, família, classe, departamento, reino.

Uma espécie é um conjunto de populações de indivíduos capazes de cruzar em condições naturais e formar descendentes férteis. Um gênero é uma coleção de espécies intimamente relacionadas. Uma família é uma coleção de gêneros intimamente relacionados. A classe une famílias intimamente relacionadas, o departamento - classes intimamente relacionadas. Neste caso, as plantas atuam como um reino.

Os nomes científicos de todas as categorias sistemáticas são dados em latim. Os nomes das categorias sistemáticas acima das espécies consistem em uma palavra. Desde 1753, graças a C. Linnaeus, os nomes binários foram adotados para as espécies. A primeira palavra denota a espécie, a segunda é o epíteto da espécie. Os nomes das categorias sistemáticas em russo raramente são traduzidos do latim, mais frequentemente são nomes originais nascidos entre as pessoas.

A formação de células germinativas em humanos. A estrutura das células germinativas humanas. Fertilização em humanos. O significado biológico da fertilização.

Espermatozóides - as células sexuais masculinas são formadas como resultado de uma série de divisões celulares sucessivas - espermatogênese, seguida por um complexo processo de diferenciação chamado espermiogênese.

Primeiramente, a divisão celular do epitélio embrionário, que está localizado nos túbulos seminíferos, dá origem às espermatogônias, que aumentam de tamanho e se tornam espermatócitos de primeira ordem. Como resultado da primeira divisão da meiose, eles formam espermatócitos diplóides de segunda ordem; após a segunda divisão da meiose, eles dão origem aos espermatozóides. Um espermatozóide adulto consiste em uma cabeça, uma seção intermediária e um flagelo (cauda). A cabeça consiste em um acrossoma e um núcleo circundado por uma membrana. O pescoço tem um centríolo. As mitocôndrias estão localizadas na seção intermediária.

A formação de um ovo em humanos - a oogênese prossegue em várias etapas. No primeiro estágio, como resultado da divisão metótica, as oogônias são formadas a partir das células do epitélio rudimentar. As oogônias dividem-se de acordo com o tipo de mitose e dão origem a ovócitos de primeira ordem. Oócitos e corpos polares são formados a partir de oócitos de primeira ordem como resultado da divisão mitótica.

A fertilização em humanos é interna. Como resultado da penetração do esperma no óvulo, os núcleos das células germinativas se fundem. Um zigoto é formado.

Como resultado da fertilização, o conjunto diplóide de cromossomos é restaurado, um novo organismo é formado, com os sinais da mãe e do pai. Durante a formação das células germinativas, ocorre a recombinação gênica, de modo que o novo organismo combina as melhores características dos pais.

Desenvolvimento individual do organismo - ontogenia.

Ontogenia é o período de desenvolvimento do organismo desde a primeira divisão do zigoto até a morte natural.

O desenvolvimento do embrião (no exemplo dos animais).

Independentemente de onde ocorre o desenvolvimento do embrião, o início de seu desenvolvimento está associado à primeira divisão mitótica. Após a divisão nuclear, a citocinese leva à formação de duas células filhas diplóides, chamadas blastômeros. Os blastômeros continuam a se dividir de acordo com o tipo de mitose, com divisão longitudinal alternada com divisão transversal. A divisão do blastômero é chamada de esmagamento, porque durante esse processo não ocorre crescimento celular, e o aglomerado de células resultante - a mórula é igual em volume a dois blastômeros primários. O desenvolvimento posterior do embrião está associado à formação da blástula. Neste caso, os blastômeros formam uma parede de camada única ao redor da cavidade central preenchida com líquido. As células da parede da blástula em uma das áreas começam a se dividir e formam uma massa celular interna. Posteriormente, a camada interna da parede é formada a partir dessa massa celular, assim, o ectoderma é separado - a camada externa e o endoderma - a camada interna das células. Este estágio de desenvolvimento de duas camadas é chamado de gástrula. Em um estágio posterior de desenvolvimento do embrião, o mesoderma é formado - a terceira camada germinativa. O ectoderma, o endoderma e o mesoderma dão origem a todos os tecidos do embrião em desenvolvimento. As células do ectoderma dão origem à primeira lâmina, à primeira crista e ao ectoblasto. Ao longo da borda da primeira placa aparecem dobras direcionadas para cima e na parte central há um sulco neural, que se aprofunda e se transforma em um tubo neural - o rudimento do sistema nervoso central. Da parte anterior do tubo neural, formam-se o cérebro e os rudimentos dos olhos. Na parte anterior do embrião, os rudimentos dos órgãos da audição e do olfato são formados a partir do ectoblasto. O epiblasto dá origem à epiderme, pelos, penas e escamas. A crista neural é transformada nos rudimentos da substância nervosa da coluna, mandíbulas. Do ectoderma, o intestino primário, epitélio interno, rudimentos de glândulas, etc. O mesoderma dá origem à notocorda, somitos, mezequima e nefrótomos. A partir dos somitos, desenvolvem-se os rudimentos da derme, os músculos das paredes do corpo, as vértebras e os músculos esqueléticos. Do mesênquima, os rudimentos do coração, músculos lisos, vasos sanguíneos e o próprio sangue. Os nefrótomos dão origem ao útero, córtex adrenal, ureteres, etc.

Durante o desenvolvimento das camadas germinativas derivadas, a aparência do embrião muda. Adquire uma certa forma, atinge um certo tamanho. O desenvolvimento do embrião termina com a eclosão do ovo ou o nascimento de um filhote.

Desenvolvimento pós-embrionário.

A partir do momento em que o embrião sai do ovo ou do nascimento do filhote, inicia-se o desenvolvimento pós-embrionário. Pode ser direta, quando o organismo nascido é semelhante em estrutura a um adulto, e indireta, quando o desenvolvimento embrionário leva ao desenvolvimento de uma larva, que possui diferenças morfológicas, anatômicas e fisiológicas de um adulto. O desenvolvimento direto é característico da maioria dos vertebrados, que incluem répteis, aves e mamíferos. O desenvolvimento pós-embrionário desses organismos está associado ao crescimento simples, o que leva a mudanças qualitativas - desenvolvimento.

Animais com desenvolvimento indireto incluem celenterados, vermes, tênias, crustáceos, insetos, moluscos, equinodermos, tunicados, anfíbios.

O desenvolvimento indireto também é chamado de desenvolvimento com metamorfose. O termo "metamorfose" refere-se às rápidas mudanças que ocorrem do estágio larval para a forma adulta. As larvas geralmente servem como estágio de dispersão, ou seja, garantem a disseminação da espécie.

As larvas diferem do adulto em seu habitat, biologia alimentar, modo de locomoção e características comportamentais; devido a isso, a espécie pode aproveitar as oportunidades apresentadas por dois tipos ecológicos durante a ontogenia, o que aumenta suas chances de sobrevivência. Muitas espécies, como libélulas, se alimentam e crescem apenas na fase larval. As larvas desempenham o papel de uma espécie de estágio de transição, durante o qual a espécie pode se adaptar a novas condições de vida. Além disso, as larvas às vezes têm resistência fisiológica, devido à qual atuam como estágio de repouso em condições desfavoráveis. Por exemplo, o besouro de maio hiberna no solo na forma de uma larva. Mas na maioria dos casos, em insetos, isso ocorre em outro estágio de metamorfose - no estágio de pupa.

Finalmente, os estágios larvais às vezes têm a vantagem de que é possível aumentar o número de larvas nesses estágios. Como acontece em alguns platelmintos.

Deve-se notar que em muitos casos as larvas atingem uma organização muito alta, como, por exemplo, larvas de insetos, nas quais apenas os órgãos reprodutivos permanecem subdesenvolvidos.

Assim, as mudanças estruturais e funcionais que ocorrem durante a metamorfose preparam um organismo para a vida adulta em um novo habitat.

O relógio biológico. Auto-regulação. A influência de vários fatores no desenvolvimento do organismo. Adaptação do corpo às condições de mudança, Anabiose.

Em todos os estágios de desenvolvimento - o estágio do embrião, o estágio de desenvolvimento pós-embrionário, o corpo é influenciado por fatores ambientais - temperatura, umidade, luz, recursos alimentares, etc.

O corpo é especialmente suscetível à influência de fatores ambientais no estágio do embrião e no estágio de desenvolvimento pós-embrionário. Na fase fetal, quando o organismo se desenvolve no corpo da mãe e está ligado a ela pelo sistema circulatório, o comportamento da mãe é decisivo para seu desenvolvimento normal. A mãe fuma, o feto também “fuma”. A mãe bebe álcool, "bebe álcool" e o feto. O embrião é especialmente suscetível à influência em 1-3 meses de seu desenvolvimento. Um estilo de vida normal no desenvolvimento pós-embrionário permite que o organismo exista normalmente até a morte natural. Um organismo é genotipicamente adaptado para existir em uma certa faixa de temperatura, umidade, salinidade e iluminação. Ele precisa de uma certa dieta.

Walrusismo, caminhadas pela Antártica, voos espaciais, fome, gula certamente levarão ao desenvolvimento de várias doenças.

Um estilo de vida saudável é a chave para a longevidade.

Todos os sistemas biológicos são caracterizados por uma maior ou menor capacidade de autorregulação. Auto-regulação - o estado de constância dinâmica do sistema natural visa a limitação máxima dos efeitos do ambiente externo e interno, mantendo a relativa constância da estrutura e das funções do corpo.

Além disso, a influência de vários fatores no corpo é suavizada como resultado da formação de um complexo sistema de reações fisiológicas nos organismos a mudanças diárias temporárias - sazonais e, em particular, de curto prazo - nos fatores ambientais, que são exibida no relógio biológico. Um exemplo é a clara preservação da floração das plantas em determinados momentos do dia.

Um tipo especial de adaptação do corpo às mudanças de condições é a anabiose - um estado temporário do corpo, no qual os processos vitais são tão lentos que todas as manifestações visíveis da vida estão praticamente ausentes. A capacidade de cair em anabiose contribui para a sobrevivência de organismos em condições acentuadamente desfavoráveis. A anabiose é comum em fungos, microrganismos, plantas e animais. Quando ocorrem condições favoráveis, os organismos que caíram em anabiose retornam à vida ativa. Recordemos rotíferos secos, cistos, esporos, etc.

Todas as adaptações dos organismos a condições mutáveis ​​são produto da seleção natural. A seleção natural também determinou a amplitude da ação dos fatores ambientais, o que permite que o organismo exista normalmente.

Processo evolutivo e suas regularidades.

Pré-requisitos para o surgimento da teoria evolutiva de Ch. Darwin.

O surgimento da teoria evolutiva de Ch. Darwin, delineada por ele no livro "A Origem das Espécies", foi precedida por um longo desenvolvimento da biologia, suas disciplinas funcionais e aplicadas. Muito antes de Charles Darwin, foram feitas tentativas para explicar a aparente diversidade dos organismos, e várias hipóteses evolutivas foram apresentadas para explicar as semelhanças entre os organismos animais. Aqui devemos mencionar Aristóteles, que no século 4 aC. e. Ele formulou a teoria do desenvolvimento contínuo e gradual dos seres vivos a partir da matéria inanimada, criou uma ideia da escada da natureza. No final do século 18, John Ray criou o conceito de espécie. E em 1771-78. K. Linnaeus já propôs um sistema de espécies vegetais. A biologia deve seu desenvolvimento a este cientista.

Obras de K. Linnaeus.

Durante o apogeu de K. Linnaeus, que cai em meados do século XVIII, a biologia era dominada por um conceito metafísico de natureza, baseado na imutabilidade e na conveniência primordial.

C. Linnaeus tinha enormes coleções de plantas à mão e começou a sistematizá-las. Com base nos ensinamentos de D. Ray sobre as espécies, passou a agrupar as plantas no volume desta categoria. Durante este período de atividade, K. Linnaeus cria a linguagem da botânica: define a essência de um traço e agrupa os traços em propriedades, criando diagnósticos de ponta a ponta - uma descrição das espécies. K. Linnaeus legalizou a nomenclatura binária da espécie. Cada espécie passou a ser chamada por duas palavras em latim. O primeiro denota uma afiliação genérica, o segundo é um epíteto de espécie. As descrições das espécies também foram escritas em latim. Isso possibilitou disponibilizar todas as descrições para cientistas de todos os países, já que a língua latina era estudada em todas as universidades. Uma conquista notável de K. Linnaeus foi a criação de um sistema de plantas e o desenvolvimento de categorias sistemáticas. Com base na estrutura dos órgãos reprodutivos, K. Linnaeus combinou todas as plantas conhecidas em classes. As primeiras 12 classes foram distinguidas pelo número de estames: classe 1 - estames simples, classe 2 - dois estames, etc. Plantas sem flores foram incluídas na classe 14. Essas plantas ele chamou de mistogâmicas. K. Linnaeus dividiu as classes em famílias, com base na estrutura da flor e outros órgãos. De K. Linnaeus vêm famílias como Compositae, Umbelliferae, Cruciferae, etc. K. Linnaeus dividiu as famílias em gêneros. K. Linnaeus considerou o gênero como uma categoria da vida real criada separadamente pelo criador. Ele considerou as espécies como variantes de gêneros que se desenvolveram a partir do ancestral original. Assim, nos níveis inferiores, K. Linnaeus reconheceu a existência de um processo evolutivo, que atualmente permanece despercebido por alguns autores de livros didáticos e publicações de ciência popular.

A importância das obras de K. Linnaeus é enorme: ele legitimou a nomenclatura binária, introduziu descrições padronizadas de espécies, propôs um sistema de unidades taxonômicas: espécie, gênero, família, classe, ordem. E o mais importante, ele criou sistemas de plantas e animais, em sua validade científica, superando todos os sistemas que existiam antes dele. São chamados de artificiais, devido ao pequeno número de recursos utilizados, mas foram os sistemas de K. Linnaeus que permitiram falar sobre a diversidade de espécies e suas semelhanças. A simplicidade dos sistemas atraiu muitos pesquisadores para a biologia, impulsionou a descrição de novas espécies e levou a biologia a um novo estágio de desenvolvimento. A biologia começou a explicar os vivos, mas não apenas a descrevê-los.

A teoria da evolução de J. B. Lamarck.

Em 1809, o biólogo francês J. B. Lamarck publicou o livro Filosofia da Zoologia, que descreve o mecanismo de evolução do mundo orgânico. A teoria evolutiva de Lamarck baseava-se em duas leis, que são conhecidas como a lei do exercício e não exercício dos órgãos e a lei da herança das características adquiridas. Para Lamarck, essas leis soam assim. Primeira lei. “Em todo animal que não atingiu o limite de seu desenvolvimento, o uso mais frequente e ininterrupto de algum órgão fortalece esse órgão, o desenvolve, aumenta e confere força a ele, na proporção da duração do próprio uso, enquanto o constante o não uso do órgão o enfraquece imperceptivelmente, leva ao declínio, diminui progressivamente suas habilidades e, finalmente, causa seu desaparecimento”. Segunda lei. “Tudo o que a natureza forçou a ganhar ou perder, ela preserva ao se reproduzir em outros indivíduos.” Assim, a essência da teoria de Lamarck é que, sob a influência do ambiente, os organismos experimentam mudanças que são herdadas. Como as mudanças são de natureza individual, o processo de evolução leva a uma variedade de organismos. Um exemplo clássico do mecanismo de evolução de Lamarck é o surgimento de um pescoço longo em uma girafa. Muitas gerações de seus ancestrais de pescoço curto se alimentavam das folhas das árvores, para as quais eles tinham que chegar cada vez mais alto. O ligeiro alongamento do pescoço que ocorria em cada geração era passado para a próxima geração até que aquela parte do corpo atingisse seu comprimento atual.

A teoria de Lamarck desempenhou um papel significativo no desenvolvimento das visões de Charles Darwin. Na verdade, a ligação "ambiente - variabilidade - hereditariedade" Darwin tirou de Lamarck. Lamarck descobriu a causa da variabilidade. O motivo é o meio ambiente. Ele também tentou combinar a transmissão de mudanças para a prole, ou seja, os mecanismos de hereditariedade. Sua teoria da "continuidade do plasma germinativo" persistiu até o final do século XIX.

Com seu enorme significado e facilidade de percepção, a teoria da evolução de Lamarck não recebeu amplo reconhecimento. Qual é a razão para isto. Lamarck sugeriu que o homem descendia de algum tipo de quatro braços. Para isso, ele estava sob Napoleão, que ordenou a destruição de seu livro. Lamarck negou a existência real da espécie, o que voltou contra si os admiradores de Linnaeus, que incluía a maioria dos biólogos do início do século XIX. E, por fim, seu principal erro metodológico: "todos os traços adquiridos são herdados". A verificação desta disposição não deu 100% de confirmação e, portanto, toda a teoria foi questionada. E, no entanto, o significado da teoria de J.B. Lamarck é enorme. Foi ele quem cunhou o termo - "fatores de evolução". E esses fatores tinham uma base material.

Uma marca indubitável na visão de mundo de C. Darwin foi feita pelos trabalhos de J. Cuvier em restos fósseis e C. Lyell, que demonstrou mudanças progressivas em restos fósseis.

Viajando pelo mundo no navio "Bill", o próprio Charles Darwin pôde ver e apreciar a diversidade de plantas e animais que vivem em diferentes continentes em diferentes condições. E vivendo na Inglaterra - um país com uma agricultura bem desenvolvida, um país que trouxe para a ilha tudo o que havia no mundo, Charles Darwin pôde ver os resultados da atividade humana "evolucionária".

E, claro, o pré-requisito mais importante para o surgimento da teoria evolutiva de Charles Darwin foi o próprio Charles Darwin, cujo gênio foi capaz de abraçar, analisar todo o vasto material e criar uma teoria que lançou as bases do darwinismo - a doutrina do evolução dos organismos vivos.

As principais disposições da teoria evolutiva de Ch. Darwin.

A teoria da evolução por seleção natural foi formulada por Charles Darwin em 1839. As visões evolucionárias de Ch. Darwin são apresentadas na íntegra no livro "A Origem das Espécies por Meio da Seleção Natural, ou a Preservação das Raças Favorecidas na Luta pela Vida".

O próprio título do livro sugere que Darwin não se propôs a provar a existência da evolução, cuja existência também foi indicada por Confúcio. Na época em que o livro foi escrito, ninguém duvidava da existência da evolução. O principal mérito de Charles Darwin é que ele explicou como a evolução pode ocorrer.

A viagem no Beagle permitiu a Darwin coletar muitos dados sobre a variabilidade dos organismos, o que o convenceu de que as espécies não podem ser consideradas inalteradas. Voltando à Inglaterra, Charles Darwin assumiu a prática de criar pombos e outros animais domésticos, o que o levou ao conceito de seleção artificial como método de criação de raças de animais domésticos e variedades de plantas cultivadas. Selecionando os desvios que ele precisa, o homem, trazendo esses desvios para os requisitos necessários, criou as raças e variedades necessárias para ele.

Segundo Charles Darwin, as forças motrizes desse processo foram a variabilidade hereditária e a seleção humana.

No entanto, C. Darwin teve que resolver o problema da seleção em condições naturais. O mecanismo de ação da seleção de Charles Darwin foi motivado pelas ideias apresentadas em 1778 por T. Malthus em sua obra “Tratado sobre a População”. Malthus descreveu vividamente a situação a que o crescimento populacional poderia levar se não fosse restringido por nada. Darwin transferiu o raciocínio de Malthus para outros organismos e chamou a atenção para tais fatores: apesar do alto potencial reprodutivo, a população permanece constante. Comparando uma enorme quantidade de informações, ele chegou à conclusão de que em condições de acirrada competição entre os membros da população, quaisquer mudanças favoráveis ​​nessas condições aumentariam a capacidade de um indivíduo se reproduzir e deixar descendentes férteis, e mudanças desfavoráveis são obviamente desfavoráveis ​​e, para aqueles que os possuem, as chances de reprodução bem-sucedida são reduzidas. Tudo isso serviu de base para determinar as forças motrizes (fatores da evolução, que, segundo Darwin, são a variabilidade, a hereditariedade, a luta pela existência, a seleção natural.

Em essência, o principal significado da teoria evolutiva de Charles Darwin é que a evolução ocorre com base na ocorrência de mudanças herdadas, pesando-as pela luta pela existência e selecionando mudanças que permitem aos organismos vencer em intensa competição. O resultado da evolução de acordo com Charles Darwin é o surgimento de novas espécies, o que leva a uma diversidade de flora e fauna.

Forças móveis (fatores) de evolução.

As forças motrizes da evolução são: hereditariedade, variabilidade, luta pela existência, seleção natural.

Hereditariedade.

A hereditariedade é a propriedade de todos os organismos vivos de preservar e transmitir sinais e propriedades dos ancestrais para os descendentes. Na época de Charles Darwin, a natureza desse fenômeno não era conhecida. Darwin, assim como, assumiu a presença de fatores hereditários. As críticas a essas declarações de opositores forçaram Darwin a abandonar suas visões sobre a localização dos fatores, mas a própria ideia da presença de fatores materiais de hereditariedade permeia todo o seu ensino. A essência do fenômeno ficou clara após o desenvolvimento da teoria cromossômica por T. Morgan. Quando a estrutura do gene foi decifrada e compreendida, o mecanismo da hereditariedade tornou-se bastante claro. Baseia-se nos seguintes fatores: as características do organismo (fenótipo) são determinadas pelo genótipo e ambiente (taxa de reação); os sinais de um organismo são determinados por um conjunto de proteínas que são formadas a partir de cadeias polipeptídicas sintetizadas nos ribossomos, informações sobre a estrutura da cadeia polipeptídica sintetizada estão contidas no i-RNA, o i-RNA recebe essa informação durante o período de síntese da matriz em uma seção de DNA que é um gene; Os genes são passados ​​de pais para filhos e são a base material da hereditariedade. Na intercinese, o DNA é duplicado e, portanto, os genes são duplicados. Durante a formação das células germinativas, ocorre uma redução no número de cromossomos e, durante a fertilização no zigoto, os cromossomos femininos e masculinos são combinados. A formação do embrião e do organismo ocorre sob a influência dos genes dos organismos materno e paterno. A herança dos traços ocorre de acordo com as leis da hereditariedade de G. Mendel ou de acordo com o princípio da natureza intermediária da herança dos traços. Ambos os genes discretos e mutantes são herdados.

Assim, a própria hereditariedade atua, por um lado, como um fator que preserva características já estabelecidas, por outro, garante a entrada de novos elementos na estrutura do organismo.

Variabilidade.

A variabilidade é uma propriedade geral dos organismos no processo de ontogênese para adquirir novas características. C. Darwin observou que não há dois indivíduos idênticos em uma ninhada, não há duas plantas idênticas cultivadas a partir de sementes parentais. O conceito das formas de variabilidade foi desenvolvido por Ch. Darwin com base no estudo de raças de animais domésticos. Segundo Ch. Darwin, existem as seguintes formas de variabilidade: definida, indefinida, correlativa, hereditária, não hereditária.

Uma certa variabilidade está associada à ocorrência em um grande número de indivíduos ou em todos os indivíduos de uma determinada espécie, variedade ou raça durante a ontogênese. A variabilidade de massa de acordo com Darwin pode estar associada a certas condições ambientais. Uma dieta bem escolhida levará a um aumento na produção de leite para todos os membros do rebanho. A combinação de condições favoráveis ​​contribui para o aumento do tamanho dos grãos em todos os indivíduos de trigo. Assim, as mudanças decorrentes de certa variabilidade podem ser previstas.

A variabilidade incerta está associada à ocorrência de características em um ou vários indivíduos. Tais mudanças não podem ser explicadas pela ação de fatores ambientais.

A variabilidade relativa é um fenômeno muito interessante. O aparecimento de um signo leva ao aparecimento de outros. Assim, um aumento no comprimento da espiga de cereais leva a uma diminuição no comprimento do caule. Assim, obtendo uma boa colheita, perdemos palha. O aumento dos membros nos insetos leva a um aumento nos músculos. E há muitos exemplos assim.

C. Darwin observou que algumas mudanças que ocorrem na ontogenia se manifestam na prole, outras não. Ele atribuiu o primeiro à variabilidade hereditária, o segundo à não-hereditária. Darwin também observou o fato de que principalmente as mudanças associadas à variabilidade indefinida e relativa são herdadas.

Darwin considerou a ação do ambiente como um exemplo de uma certa variabilidade. Causas da variabilidade indeterminada Darwin não conseguiu, daí o próprio nome dessa forma de variabilidade.

Até agora, as causas e o mecanismo da variabilidade são mais ou menos claros.

A ciência moderna distingue entre duas formas de variabilidade - mutacional ou genotípica e codificação ou fenotípica.

A variabilidade mutacional está associada a uma mudança no genótipo. Surge como resultado de mutações. As mutações são o resultado da exposição ao genótipo de mutagênicos. Os próprios mutagênicos são divididos em físicos, químicos, etc. As mutações são genéticas, cromossômicas, genômicas. As mutações são herdadas com o genótipo.

A variabilidade de modificação é a interação do genótipo e do ambiente. A variabilidade de modificação se manifesta através da taxa de reação, ou seja, o impacto de fatores ambientais pode alterar a manifestação de uma característica dentro de seus limites extremos determinados pelo genótipo. Tais mudanças não são passadas para a prole, mas podem aparecer na próxima geração, repetindo os parâmetros dos fatores ambientais.

Normalmente, a variabilidade indeterminada darwiniana está associada à mutação e a definida à modificação.

Luta pela existência.

No centro da teoria da seleção natural de Darwin está a luta pela existência, que necessariamente decorre do desejo ilimitado dos organismos de se reproduzir. Este desejo é sempre expresso em progressões geométricas.

Darwin se refere a Malthus nisso. No entanto, muito antes de Malthus, os biólogos já conheciam esse fenômeno. Sim, e as observações do próprio Darwin confirmaram a capacidade dos seres vivos para a intensidade potencial de reprodução. Até K. Linnaeus observou que uma varejeira, através de sua prole, poderia ter um cadáver de cavalo alguns dias antes dos ossos.

Mesmo elefantes de reprodução lenta, segundo o cálculo de Charles Darwin, poderiam dominar toda a terra, se houvesse todas as condições para isso. De acordo com Darwin, de um par de elefantes em 740 anos, cerca de 19 milhões de indivíduos teriam surgido.

Por que as taxas de natalidade potencial e real diferem tanto?

Darwin responde a essa pergunta também. Ele escreve que o real significado da abundância de ovos ou sementes é cobrir sua perda significativa causada pelo extermínio em alguma geração de vida, ou seja, a reprodução encontra resistência ambiental. A partir da análise desse fenômeno, Charles Darwin introduz o conceito de "luta pela existência".

“O conceito de luta pela existência” só pode fazer sentido e justificar no amplo sentido “metafórico” de Darwin: “incluindo aqui a dependência de um ser de outro, e também (mais importante) incluindo não apenas a vida de um indivíduo, mas também o seu sucesso em sair atrás da própria descendência." Darwin escreve: “Sobre dois animais de uma fileira de leões, Em um período de fome, pode-se dizer com razão que eles estão lutando entre si por comida e vida. MAS a planta na periferia do deserto também está lutando pela vida contra a seca, embora seja mais correto dizer que depende da umidade. De uma planta que produz anualmente milhares de sementes, das quais em média apenas uma cresce, pode-se até dizer mais corretamente que briga com plantas do mesmo gênero e outras que já cobrem o solo... em todo esse conhecimento... Eu, por conveniência, recorro ao termo geral luta pela existência".

O texto "A Origem das Espécies" confirma a variedade de formas da luta pela existência, mas ao mesmo tempo mostra que em todas essas formas há um elemento de competição ou competição.

A luta intraespecífica ocorre em condições de acirrada competição, pois indivíduos de uma mesma espécie requerem as mesmas condições de existência. Em primeiro lugar está o papel do próprio organismo e suas características individuais. Nota-se a importância de seus meios de proteção, sua atividade, seu desejo de reprodução.

A luta pela existência no nível das espécies é claramente ativa, e sua intensidade aumenta com o aumento da densidade populacional.

Os organismos competem entre si na luta por comida, pela fêmea, pela zona de caça, bem como nos meios de proteção contra os efeitos adversos do clima, na proteção da prole.

A deterioração das condições de alimentação, a alta densidade populacional, etc., permitem que os mais competitivos sobrevivam. Um exemplo de luta intraespecífica é a situação em um rebanho de veados selvagens. Um aumento no número de indivíduos leva a um aumento na densidade populacional. O número de homens na população está aumentando. O aumento da densidade populacional leva à falta de alimentos, ao surgimento de epidemias, à luta do homem pela mulher, etc. Tudo isso leva à morte de indivíduos e à diminuição da população. Os mais fortes sobrevivem.

Assim, a luta intraespecífica contribui para o aperfeiçoamento da espécie, o surgimento de adaptações ao meio, aos fatores que provocam essa luta.

Muitas vezes a luta interespecífica vai em uma direção. Um exemplo clássico é a relação entre lebres e lobos. Duas lebres fogem de um lobo. Em um ponto eles se espalham e o lobo fica sem nada. A luta interespecífica contribui para a regulação das populações, o abate de organismos doentes ou fracos.

A luta contra os fatores do ambiente inorgânico força as plantas a se adaptarem às novas condições de existência, as empurra para aumentar sua fertilidade. Por outro lado, determina-se o confinamento de uma espécie ou população a certas condições de habitat. Indivíduos de bluegrass que crescem nas pradarias e nas planícies têm um caule ereto, e os indivíduos que crescem em condições montanhosas têm um caule ascendente. Como resultado da luta pela existência, sobreviveram indivíduos em que, nos estágios iniciais de desenvolvimento, o caule é pressionado contra o solo, ou seja, luta com geadas noturnas; plantas que são fortemente abaixadas também são as mais viáveis ​​​​em condições montanhosas .

A doutrina da luta pela existência confirma que esse fator é a força motriz da evolução. É a luta, como você chama, competição, competição. Força os organismos a adquirir novas características que lhes permitem vencer.

O fator da luta pela existência também é levado em conta pela atividade prática do homem. Ao plantar plantas da mesma espécie, é necessário observar uma certa distância entre os indivíduos. Ao estocar reservatórios com espécies valiosas de peixes, são removidos predadores e espécies de baixo valor. Ao emitir licenças para caçar lobos, o número de indivíduos, etc., é levado em consideração.

Seleção natural.

“A seleção natural não procede pela seleção dos mais adaptados, mas pelo extermínio das formas mais adaptadas às condições do meio ambiente”, diz Charles Darwin em A Origem das Espécies. A seleção natural baseia-se nos seguintes pressupostos: a) indivíduos de qualquer espécie, em decorrência da variabilidade, são biologicamente diferentes das condições ambientais; alguns deles correspondem em maior medida às condições ambientais, outros em menor grau; b) indivíduos de qualquer espécie lutam com fatores ambientais que lhes são desfavoráveis ​​e competem entre si. No processo dessa luta e competição, "em regra - pelo extermínio do insatisfatório" - sobrevivem as formas mais adaptadas. A experiência do mais apto está ligada aos processos de divergência, durante os quais, sob a influência contínua da seleção natural, novas formas intraespecíficas são formadas. Estas últimas estão cada vez mais isoladas e servem como fonte de formação de novas espécies e seu desenvolvimento progressivo. A seleção natural - cria novas formas de vida, cria uma incrível adaptabilidade das formas vivas, fornece um processo de aumento da organização, diversidade da vida.

A seleção começa no nível em que a competição entre os indivíduos é maior. Voltemos ao exemplo clássico, sobre o qual o próprio Charles Darwin escreveu. Na floresta de bétulas predominam as borboletas de cor clara. Isso sugere que as borboletas com cores claras substituíram as borboletas com cores escuras e variadas. Este processo estava sob a influência da seleção natural para a melhor cor protetora. Quando a bétula é substituída por rochas com uma cor de casca escura em uma determinada área, as borboletas com uma cor clara começam a desaparecer - elas são comidas pelos pássaros. A parcela da população de cor escura que permanece em número insignificante começa a se multiplicar rapidamente. Há uma seleção de indivíduos que têm a chance de sobreviver e dar descendentes férteis. Neste caso, estamos falando de competição intergrupal, ou seja, a seleção ocorre entre formas já existentes.

Os indivíduos também estão sujeitos à seleção natural. Qualquer pequeno desvio que dê vantagem ao indivíduo na luta pela existência pode ser captado pela seleção natural. Este é o papel criativo da seleção. Sempre atua contra o pano de fundo do material móvel, que está em constante mudança nos processos de mutação e combinação.

A seleção natural é a principal força motriz da evolução.

Tipos (formas) de seleção natural.

Existem duas seleções principais: estabilizadora e direcionada.

A seleção estabilizadora ocorre nos casos em que as características fenotípicas são consistentes ao máximo com as condições ambientais e a competição é bastante fraca. Tal seleção opera em toda a população, destruindo indivíduos com desvios extremos. Por exemplo, existe um comprimento de asa ideal para uma libélula de certo tamanho com um certo estilo de vida em um determinado ambiente. A seleção estabilizadora age através da criação diferencial, destruirá aquelas libélulas que têm uma envergadura maior ou menor que a ideal. A seleção estabilizadora não promove mudanças evolutivas, mas mantém a estabilidade fenotípica de uma população de geração em geração.

Seleção dirigida (em movimento). Essa forma de seleção ocorre em resposta a uma mudança gradual nas condições ambientais. A seleção direcional afeta a gama de fenótipos que existem em uma determinada população e exerce uma pressão seletiva que desloca o fenótipo médio em uma direção ou outra. Depois que o novo fenótipo entra em correspondência ideal com as novas condições ambientais, a seleção estabilizadora entra em ação.

A seleção dirigida leva à mudança evolutiva. Aqui está um exemplo.

A descoberta de antibióticos na década de 1940 criou uma forte pressão de seleção em favor de cepas bacterianas que eram geneticamente resistentes aos antibióticos. As bactérias se multiplicam muito fortemente, como resultado de uma mutação aleatória, uma célula resistente pode aparecer, cujos descendentes florescerão devido à falta de competição de outras bactérias que são destruídas por esse antibiótico.

seleção artificial.

A seleção artificial é um método de criação de novas raças de animais domésticos ou variedades de plantas.

O homem desde os primeiros tempos de sua civilização usa a seleção artificial na criação de plantas e animais. Darwin usou dados da seleção artificial para explicar o mecanismo da seleção natural. Os principais fatores da seleção artificial são a hereditariedade, a variabilidade, a ação de uma pessoa que busca levar os desvios hereditários ao absurdo e a seleção. A variabilidade, como propriedade de todos os organismos de mudar, fornece material para a seleção - uma série diferente de desvios. Uma pessoa, tendo notado os desvios de que precisa, procede à seleção. A seleção artificial baseia-se no isolamento de populações naturais ou indivíduos com os desvios necessários e no cruzamento seletivo de organismos que possuem características desejáveis ​​para os humanos.

A seleção das raças de bovinos Cherneford e Aberdeen-Angus foi realizada pela quantidade e qualidade da carne, as raças Chernzey e Jersey - para produção de leite. As ovelhas das raças Champshire e Suffalan amadurecem rapidamente e produzem boa carne, mas são menos resistentes e menos ativas no forrageamento do que, por exemplo, ovelhas escocesas de cara preta. Esses exemplos mostram que é impossível combinar todas as características necessárias para o máximo efeito econômico em uma raça.

Com a seleção artificial, uma pessoa cria uma ação seletiva direcionada que leva a uma mudança nas frequências de alelos e genótipos em uma população. Este é um mecanismo evolutivo que leva ao surgimento de novas raças, linhagens, variedades, raças e subespécies. Os pools gênicos de todos esses grupos são isolados, mas retêm o gene básico e a estrutura cromossômica característica da espécie a que ainda pertencem. Não está no poder do homem criar uma nova espécie ou restaurar uma extinta!

Darwin distinguiu entre seleção metódica ou sistemática e seleção inconsciente dentro da seleção artificial. Com uma seleção metódica, o criador estabeleceu um objetivo bem definido, produzir novas raças que superem tudo o que foi criado nesse sentido. A seleção inconsciente visa preservar as qualidades já existentes.

Na criação moderna, existem duas formas de seleção artificial: endogamia e endogamia. A endogamia baseia-se no cruzamento seletivo de indivíduos intimamente relacionados para preservar e disseminar características especialmente desejáveis. Outbreeding é o cruzamento de indivíduos de populações geneticamente diferentes. Os descendentes de tais cruzamentos são geralmente superiores aos seus pais.

O surgimento dos dispositivos. A natureza relativa da aptidão.

O resultado da seleção natural é o surgimento de signos que permitem que os organismos se adaptem às condições de existência. Foi daí que surgiu a ideia da natureza adaptativa da evolução. Com base no estudo do surgimento de adaptações (adaptações), surgiu toda uma direção na biologia - a doutrina das adaptações. Os sinais adaptativos ou adaptações são divididos em fisiológicos e morfológicos.

Adaptações fisiológicas. A abundância e grande importância para a vitalidade do organismo de pequenas mutações fisiológicas contribuem para que a diferenciação comece nas populações. Isso é compreensível se as mutações por sua natureza são alterações biológicas que levam principalmente a alterações nos processos do metabolismo intracelular, e somente através disso a transformações morfológicas. Exemplos são características de um organismo como resistência a temperaturas conhecidas, capacidade de acumular nutrientes, atividade geral, etc. Eles facilmente dão uma mudança em ambas as direções e, em ambos os casos, podem ser favoráveis. Estudar a germinação de sementes de trevo vermelho em diferentes temperaturas mostrou que a maior % de germinação é dada a + 12C, mas algumas sementes germinam apenas na faixa de + 4-10C. Isso contribui para a sobrevivência da espécie em baixas temperaturas de primavera.

A pigmentação animal em seu desenvolvimento e variabilidade se aproxima das características fisiológicas. Intensidade de cor mais alta ou mais baixa pode ter valores de proteção sob condições gerais de fundo e iluminação apropriadas. Essas já são adaptações morfológicas.

Os estudos bem conhecidos de Harrison mostraram o mecanismo da própria ocorrência de diferenças na coloração de duas populações de borboletas que surgiram de uma população contínua quando uma floresta foi dividida por uma ampla clareira. Naquela parte da floresta onde o pinheiro foi substituído por bétula, a seleção natural (comer predominantemente de espécimes mais escuros por pássaros) levou a um clareamento significativo da população de borboletas.

Até C. Darwin chamou a atenção para o fato de que os insetos das ilhas ou são bons voadores ou têm asas reduzidas. Um fenômeno como a redução de órgãos que perderam seu significado não é difícil de explicar, pois a maioria das mutações está associada precisamente ao fenômeno do subdesenvolvimento.

Uma análise das adaptações mostrou que elas permitem que os organismos sobrevivam apenas sob certas condições. Isso pode ser entendido mesmo analisando os exemplos que demos. Quando as bétulas são cortadas, as borboletas leves tornam-se presas fáceis para os pássaros. Os mesmos pássaros que apareceram sob as ilhas destroem insetos com asas reduzidas. Esses fatos já mostram que a aptidão não é absoluta, mas relativa.

Evidências para a evolução do mundo orgânico.

O darwinismo tem sido uma doutrina geralmente aceita. É a partir das ideias darwinianas mais baixas que todas as transformações históricas do mundo orgânico na Terra podem ser explicadas.

No final do século 19, quando o número de defensores dos ensinamentos evolucionistas de Charles Darwin era menor do que o de oponentes, os seguidores de Charles Darwin começaram a coletar evidências da existência da evolução do mundo orgânico.

O trabalho nessa direção foi realizado nas áreas de paleontologia, morfologia comparada, anatomia comparada, embriologia, biogeografia, bioquímica, etc.

Achados paleontológicos como evidência da evolução.

Durante a existência da biologia científica, numerosos achados paleontológicos de plantas e animais extintos se acumularam. Esses achados se tornaram especialmente valiosos quando os cientistas aprenderam a determinar a idade dos depósitos em que foram encontrados. Foi possível não apenas restaurar a aparência de organismos fósseis, mas também indicar a época em que eles viveram em nosso planeta. Assim, foram encontrados restos de samambaias com sementes, que eram uma forma intermediária entre samambaias e plantas com sementes. Um estegocéfalo foi descoberto - uma forma intermediária entre peixes e anfíbios. Dos depósitos do Permiano, é conhecido o lagarto com dentes de animais, que é uma forma intermediária entre répteis e mamíferos. Existem muitos outros exemplos desse tipo.

Evidências morfológicas e embriológicas comparativas da evolução.

As provas morfológicas comparativas são baseadas em conceitos: analogia e homologia de órgãos, no conceito de rudimentos e atavismos. Especialmente valiosos no processo de provar a evolução são homologia, rudimentos e atavismos.

Exemplos de órgãos homólogos incluem os membros anteriores de vertebrados; patas de sapo, lagartos, asas de pássaros, nadadeiras de mamíferos aquáticos, patas de toupeira, mãos humanas. Todos eles têm um único plano estrutural e constituem um gênero evolutivo-morfológico. Essa evidência clara da evolução inclui a presença na raça humana de "pessoas com cauda" e pessoas cuja linha do cabelo cobre toda a superfície do corpo.

Considera-se que uma das principais evidências da evolução são as informações sobre o desenvolvimento embrionário dos organismos, que contribuíram para o surgimento de uma nova direção na biologia - a biologia evolutiva. A favor da evolução já está o fato de que todos os animais multicelulares em seu desenvolvimento embrionário possuem camadas germinativas, a partir das quais vários órgãos são formados de diferentes maneiras. O embrião em seu desenvolvimento, por assim dizer, “lembra” as etapas pelas quais seus ancestrais passaram.

Evidências para a evolução da ecologia e geografia.

Evidências bioquímicas para a evolução.

Uma prova impressionante da evolução é a presença de um único material hereditário - DNA e a capacidade de diferentes grupos de organismos de "ligar" diferentes partes do genoma no processo da vida!

As principais direções do processo evolutivo.

O processo de evolução prossegue continuamente sob o signo da adaptação dos organismos ao meio ambiente.

As principais direções do processo evolutivo devem ser consideradas o progresso biológico, a estabilização biológica, a regressão biológica.

Definições claras desses fenômenos foram dadas por A. N. Severtsov.

O progresso biológico significa um aumento na adaptabilidade de um organismo ao seu ambiente, levando a um aumento no número e distribuição mais ampla de uma determinada espécie no espaço. Um exemplo de progresso biológico é a evolução do sistema respiratório da respiração branquial para a respiração pulmonar. Foi esse processo que levou à conquista do espaço terrestre e aéreo pelos animais.

De acordo com A.N. Severtsov, a estabilização biológica significa manter a aptidão do corpo em um certo nível. O corpo muda de acordo com as mudanças no ambiente. Seus números não estão aumentando, mas também não estão diminuindo.

Nas plantas, com a diminuição da temperatura média anual, o número de pêlos de cobertura da epiderme aumenta. Esse fenômeno permite que todos os indivíduos sobrevivam, mas não há vantagem entre outras espécies, pois apresentam a mesma reação.

O progresso biológico é da maior importância na evolução, portanto, na biologia, muita atenção é dada ao estudo do progresso biológico.

As aromorfoses e a ideoadaptação são consideradas as principais direções do progresso biológico; entre outras direções do progresso biológico, pode-se citar também a degeneração geral.

As aromorfoses são mudanças adaptativas em que há uma expansão das condições de vida associada a uma complicação de organização e aumento da atividade vital. Um exemplo clássico de aromorfose deve ser considerado a melhora dos pulmões em aves e mamíferos, a separação completa do sangue arterial e venoso no coração de aves e mamíferos, a separação de funções em plastídios de plantas superiores.

Adaptações ideológicas são direções na evolução em que algumas adaptações são substituídas por outras que são biologicamente equivalentes a elas. As adaptações ideológicas, ao contrário das aromorfoses, são de natureza privada. Um exemplo de adaptações ideológicas é a evolução do aparelho oral dos insetos, que foi formado para se adequar ao ambiente e à co-evolução.

Degeneração geral - mudanças adaptativas na prole adulta, nas quais a energia total da atividade vital diminui. Refere-se às direções do progresso biológico porque a redução de alguns órgãos que ocorre durante a degeneração é acompanhada por um desenvolvimento compensatório de outros órgãos. Assim, nos animais das cavernas e subterrâneos, a redução dos órgãos da visão é acompanhada pelo desenvolvimento compensatório de outros órgãos dos sentidos.

Origens Humanas.

Na antropologia, existem vários pontos de vista sobre quando o ramo humano se isolou. De acordo com uma hipótese, cerca de 10 milhões de anos atrás, os homens-macacos foram divididos em três espécies. Uma espécie - pragorillas - foi para as florestas de montanha, onde se contentaram com comida vegetariana. Outra espécie - prochimpanzé - escolheu um modo de vida em grupo. O principal alimento para ele eram macacos de pequenas espécies. A terceira espécie - a pré-humana - preferia a caça na rica vida da savana. Este foi o ramo que levou ao homem moderno.

De acordo com a hipótese moderna apresentada por Tim Vyton, antropólogo da Universidade da Califórnia em Berkeley, foi apenas cinco milhões de anos atrás que os ramos do proto-humano e do macaco se separaram. Timan White acredita que o Australopithecus ramidus, que apareceu naquela época, dependendo das circunstâncias, se movia em quatro ou em dois membros. E provavelmente centenas de milhares de anos se passaram antes que o movimento misto fosse substituído pelo bipedismo.

Cerca de três milhões de anos atrás, o ramo do homem deu duas linhas de desenvolvimento. Um deles deu origem a toda uma galáxia de espécies eretas de Australopithecus, o outro levou ao surgimento de um novo gênero, chamado Homo.

Biologia geral.

Subsídio para ingressar em universidades.

Compilado por: Galkin M. A.

O manual apresenta material sobre o curso de biologia geral, desde a teoria da origem da vida na Terra até a doutrina da biosfera.

O manual é destinado a candidatos, alunos do ensino médio, alunos de cursos preparatórios e departamentos.

Prefácio.

O manual foi compilado de acordo com o programa para candidatos a universidades da Federação Russa, onde a biologia é uma disciplina de educação geral.

O objetivo deste manual é ajudar o candidato a se preparar para os exames de admissão. Nisso difere do livro escolar "Biologia Geral", que é de natureza cognitiva.

Ao compilar o manual, em primeiro lugar, foram levados em conta os requisitos para os exames de admissão. Isso se aplica tanto ao conteúdo quanto ao volume do material fornecido no manual.

O subsídio destina-se a candidatos que tenham concluído o ensino secundário ou que estudem biologia geral nos departamentos preparatórios.

O manual não inclui algumas seções tradicionalmente consideradas no curso "Biologia Geral". Estes são “Estrutura Celular”, “Divisão Celular”, “Fotossíntese”.

O material dessas seções está detalhado no manual para candidatos a universidades compilado pela Galkin M.A.

Todos os comentários e sugestões sobre a forma e o conteúdo do manual serão aceitos com gratidão.

Compilador manual.

A ciência das leis que são comuns a todos os seres vivos. Estuda as leis gerais da vida e as características que são características de todos os tipos de seres vivos, independentemente de sua posição sistemática. Qual é a diferença entre coisas vivas e não vivas, quais são os principais e comuns padrões de fenômenos de vida para todos os organismos - a resposta a essas perguntas é a tarefa da biologia geral.

A troca de matéria e energia entre o organismo e o ambiente, a capacidade de reprodução, a hereditariedade e a variabilidade são propriedades integrais de todos os organismos. Essas propriedades são a base da evolução - o desenvolvimento histórico irreversível da natureza viva, que é acompanhado pela adaptação dos organismos às condições de existência, pela formação e extinção das espécies, pela transformação das biogeocenoses e da biosfera como um todo. Como resultado da evolução, surgiu um mundo diversificado de seres vivos.

Existem vários níveis estruturais e funcionais de organização da vida (matéria viva). O inferior, o mais antigo, é suborganismo. Este é o nível de estruturas moleculares onde passa a fronteira entre o vivo e o não vivo. O próximo nível é celular. A célula, suas estruturas e processos bioquímicos básicos são semelhantes em todos os organismos. É seguido pelo nível de todo o organismo. As propriedades integrais de todos os organismos são a capacidade de reprodução, hereditariedade e variabilidade. Um nível mais complexo de organização da vida é o nível população-espécie. O nível mais alto é o ecossistema, biosférico-biogeocenótico, no qual comunidades de populações de animais e plantas, juntamente com seu habitat, formam uma unidade funcional e estrutural. A integridade dos ecossistemas (biogeocenoses, biosfera) é determinada pela troca de matéria e energia entre seus componentes.

A biologia geral estuda as leis características de todos os níveis de organização da vida. O significado dessa disciplina é excepcionalmente grande tanto na formação de uma visão de mundo materialista quanto em várias áreas vitais da atividade humana. Está adquirindo importância prática cada vez maior para a agricultura, as indústrias florestais e pesqueiras, a biotecnologia, a medicina, o uso racional dos recursos naturais e a proteção da natureza.

A biologia serve como base teórica para a produção agrícola. Muitas de suas seções estão diretamente relacionadas à produção agrícola e pecuária. Fornecer alimentos à crescente população mundial é impossível sem a criação de novas variedades de culturas agrícolas de alto rendimento e raças produtivas de animais domésticos. Isso só pode ser alcançado conhecendo as leis da hereditariedade e da variabilidade. Graças às descobertas da biologia molecular, a biotecnologia está se desenvolvendo - a produção de enzimas, hormônios, proteínas alimentares, aminoácidos com a ajuda de microrganismos. Aumentar a fertilidade da terra, criando condições para a obtenção de cultivos programados sustentáveis ​​- essas tarefas ambientais devem ser resolvidas por agrônomos-biólogos.

A biologia estuda a forma biológica do movimento da matéria, ou seja, a totalidade dos organismos que vivem, incluindo os humanos. Devido à enorme variedade de representantes da vida na Terra, a biologia é um complexo de várias ciências biológicas e inclui botânica, micologia (a ciência dos fungos), zoologia, um complexo de ciências sobre uma pessoa como objeto biológico, biologia geral e outras ciências. Abaixo estão idéias gerais sobre biologia e seus componentes.

A biologia é um complexo de ciências que estuda toda a matéria viva e os organismos que ela forma.

Que ciências a biologia inclui:

A Botânica é uma ciência que estuda as características biológicas das plantas. A totalidade de todas as plantas na Terra é chamada de flora da Terra. Tradicionalmente, juntamente com as plantas no curso da botânica, eles estudam fungos, vírus, que em sentido estrito não pertencem às plantas, mas pertencem a outros reinos de organismos. Assim, os fungos formam um reino especial de fungos, e a ciência dos fungos é chamada de micologia.

Zoologia é a ciência que estuda o reino animal.

A totalidade de todos os animais que habitam a Terra é chamada de fauna da Terra. Costuma-se falar da fauna de uma determinada área, de uma determinada região, etc.

As características biológicas de uma pessoa são estudadas por toda uma gama de ciências: anatomia, higiene humana (apesar de uma pessoa ser uma unidade estrutural do reino animal, ela pertence à ordem dos primatas, à família dos grandes símios, aos gênero man, a mente de uma pessoa razoável).

A biologia geral é uma seção especial da biologia que estuda os padrões mais gerais da forma biológica da existência da matéria.

No atual estágio de desenvolvimento da biologia, a biologia geral é um complexo de ciências, consistindo em ciências separadas, bastante independentes, mas intimamente interconectadas: biologia molecular, citologia, teoria do desenvolvimento e reprodução, genética, seleção, teoria evolutiva, ecologia. Na disciplina de Biologia Geral, essas ciências são apresentadas na forma de seções, que no curso de Biologia Geral com os fundamentos da ecologia e proteção ambiental são as seguintes:

1. Citologia - uma seção que estuda a célula, sua composição química, processos bioquímicos que ocorrem na célula, a estrutura e as funções das organelas celulares individuais.

2. A doutrina do desenvolvimento individual - ontogênese - uma seção que inclui a doutrina da reprodução e desenvolvimento dos organismos (intimamente relacionada à citologia).

3. Genética com os fundamentos da seleção - seção que considera os padrões de hereditariedade, variabilidade, seus portadores materiais (genética), princípios e métodos de criação de novas raças animais, variedades vegetais e linhagens de microrganismos (reprodução); A base teórica da seleção é a genética.

4. Doutrina evolucionista (teoria) - seção que estuda a filogenia (desenvolvimento histórico das espécies); uma parte integrante desta doutrina é o darwinismo; a base desta doutrina (teoria) é genética, seleção e outras ciências biológicas.

5. Ecologia com os fundamentos da proteção ambiental - seção que considera a relação dos organismos entre si, o meio ambiente, bem como o impacto humano na Natureza e as formas de superar as consequências negativas desse impacto.

A biologia geral está intimamente interligada com o complexo das ciências médicas e agrícolas, sendo, por um lado, sua base e, por outro, essas ciências fornecem rico material factual para ilustrar padrões biológicos gerais. O conhecimento e a compreensão das questões da biologia geral é impossível sem o conhecimento da matemática, química, física, geologia, astronomia, filosofia e outras ciências dos ciclos naturais e humanitários. Assim, sem o conhecimento dos fundamentos da química orgânica, é impossível compreender nem a biologia molecular, nem os problemas do metabolismo subjacentes à ecologia, nem as questões da citologia. Tudo isso torna necessário assimilar profundamente conhecimentos de natureza biológica geral, bem como conhecimentos de outras ciências naturais, matemática e humanidades.

O conhecimento de conceitos e padrões biológicos gerais é de grande importância para todas as pessoas, pois são a base para entender os principais problemas da ecologia (como um ramo especial do conhecimento), sem dominar que uma pessoa moderna não poderá sobreviver no mundo. situação ambiental cada vez mais complicada em nosso planeta.

Biologia geral

Deve-se notar que, segundo os cientistas, na ciência moderna, cujos resultados costumam ser publicados em periódicos com alto fator de impacto, como a "General Biology" (Biologia Geral), à semelhança da "física geral", não existir. No entanto, os cursos para bacharel do primeiro ano de estudo são ministrados nas principais universidades, ou seja, "Biologia Geral" existe apenas como um curso introdutório em biologia.

História

Em 1802, surge o termo biologia. G. R. Treviranus define a biologia como a ciência das características gerais em animais e plantas, bem como cabeçalhos de assuntos especiais que foram estudados por seus predecessores, em particular C. Linnaeus.

Em 1832, foi publicado o livro "Allgemeine Biologie der Pflanzen" ("Biologia Geral das Plantas") (Greyfsv., 1832), que é uma tradução do livro "Lärobok i botanik" de Karl Agar.

Já em 1883, cursos de biologia geral eram ministrados na Universidade da Nova Zelândia.

A biologia geral como um curso separado começou a ser ministrada na primeira metade do século XX, associada aos avanços no estudo da célula, na pesquisa microbiológica, nas descobertas da genética, em uma palavra, na transformação da biologia de um auxiliar , ciência privada e descritiva (zoologia, botânica, sistemática) em uma área de especialização independente e extremamente requisitada.

Em 1940, o acadêmico I. I. Shmalgauzen fundou o Journal of General Biology.

Aparentemente, o primeiro livro (livro didático) sobre biologia geral em russo foi V. V. Makhovko, P. V. Makarov, K. Yu.

Como disciplina acadêmica, a biologia geral é ensinada no ensino médio desde 1963, e em 1966 foi publicado o livro "Biologia Geral", editado por Yu.I. Polyansky, usado como auxílio didático.

Seções principais

Tradicionalmente, a biologia geral inclui: citologia, genética, química biológica, biologia molecular, biotecnologia. não na fonte], ecologia, biologia do desenvolvimento, teoria da evolução, a doutrina da biosfera e a doutrina do homem (aspecto biológico) [não na fonte] .

Importância da Biologia Geral

Ciências relacionadas

Biologia teórica

Veja também

• biologia privada

Notas

Literatura

• Jane M. Oppenheimer, Reflexões sobre Cinquenta Anos de Publicações sobre a História da Biologia Geral e Embriologia Especial, Vol. 50, não. 4 (dezembro, 1975), pp. 373-387
• Grodnitsky D. L., Análise comparativa de livros escolares em Biologia Geral, 2003
• Fundamentos de Biologia Geral (Kompendium Der Allgemeinen Biologie, RDA) Sob a direção geral de E. Libbert M.: Mir, 1982. 436 páginas.

Links

Fundação Wikimedia. 2010.

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