ОБЗОРНАЯ ЛЕКЦИЯ ПО ОБЩЕЙ БИОЛОГИИ ДЛЯ ЭКОЛОГОВ 5 -ГО КУРСА Сжатые ответы на вопросы к госэкзаменам ЧИТАЕТ: ДОЦЕНТ КАФЕДРЫ ЭКОЛОГИИ Баш. ГУ ГАРИПОВА С. Р. 2012 (С)
1. Основные положения клеточной теории. Различия в строении эукариотной и прокариотной клеток. Функции важнейших органелл • • • Основные положения клеточной теории Клетка - единица живого Клетка - система множества закономерно связанных элементов Клетки всех организмов сходны по химическому составу, строению, функциям Новые клетки образуются только в результате деления исходных клеток Любая клетка многоклеточных имеет полный набор генов, но работает только часть генов, следствием чего является морфологическое и функциональное разнообразие клеток
Сравнение прокариот и эукариот Характеристика Прокариоты Эукариоты Ядро Отсутствует Присутствует Хромосомы одна молекула ДНК круглая Много молекул ДНК линейных Кол-во пар нуклеотидов 0. 6 - 5 млн 15 - 5000 млн Гистоны и компактизация ДНК в нуклеосомы Отсутствует Присутствует Экзон-интронная структура гена Не типична Обычна Митоз и мейоз Отсутствует присутствует Органеллы и цитоскелет отсутствует присутствует Клеточная стенка Содержит муреин, на поверхности капсула, чехол, слизь, микроворсинки В грибах - хитин, в растениях целюллоза, в высших животных отсутствует. Муреин не встречается Диаметр типичной клетки 1 -10 мкм 10 -100 мкм Структура рибосом 70 S рибосомы, содержат 3 молекулы РНК 80 S рибосомы, содержат 4 молекулы РНК Жгутики Внеклеточная структура, белок флагеллин, вертится вдоль оси Структура окружена клеточной мембраной, белок тубулин, микротрубочки Экзоцитоз Отсутствует Присутствует Варианты метаболизма Хемосинтез, азотфиксация гликолиз в цитоплазме, дыхание в митохондриях, нет азотфиксации
органелл Плазмалемма у прокариот двуслойная, у архей однослойная. Функции: барьерная (изоляция, поддержание постоянства внутренней среды), транспортная, регуляторная, (реагирование на изменение условий), каталитическая, синтетическая, связующая. Немембранные структуры: Рибосомы (синтез белка) и клеточный центр (участие в делении клетки) Одномембранные структуры: Гладкая (синтез углеводов и липидов) и гранулярная (синтез и дозревание белков) ЭПС, аппарат Гольджи (диктиосомы, лизосомы, пероксиомы, вакуоли - у растений) ферментативные процессы, созревание, распределение и транспорт синтезированных в клетке веществ, формирование мембран, образование лизосом Двухмембранные структуры: Ядро - хранение и передача информации Митохондрии - синтез АТФ Еще термины: Протопласт (у раст. и бактерий содержимое клетки без внешней клет. стенки) = Протоплазма (Цитоплазма+ядро+органеллы)++ мембрана Цитоплазма = Цитозоль (гиалоплазма) + +Цитоскелет Гликокаликс (у животных), клет. стенка (у раст. ) Центриоли Тилакоиды (мембранные мешочки), граны (“стопки” тилакоидов), Ламеллы (внутрен. мембраны в хлоропластах) Кристы (внутрен. мембраны в
2. Размножение - основное свойство живого. Половое и бесполое размножение. Эволюционные преимущества полового размножения. Законы моногибридного скрещиваниия Менделя. • • Бесполое размножение не связано с обменом генетической информацией Новая особь появляется из неспециализированных соматических клеток Преимущество - нет необходимости поиска полового партнера; стабильно сохраняются наследственные изменения Недостаток - изменчивость, необходимая для естественного отбора достигается только за счет случайных мутаций Варианты: простое митотическое деление (простейшие), спорообразование (водоросли, грибы, мхи, плауны, папоротники, грибы), почкование (дрожжи, инфузории), вегетативное размножение (черенки, усы, клубни, листья и т. д. ) Половое размножение - смена поколений на основе специализированных половых клеток (гамет) и образования зиготы Гаметы образуются в процессе мейоза и несут гаплоидный набор хромосом Преимущество - существенно возрастает изменчивость за счет комбинаций генов разных родителей
• • • Эволюция размножения шла в направлении: от бесполых форм к половым, от изогамии (одинаковый размер гамет) к анизогамии от участия всех клеток в размножении к разделению клеток на соматические и половые от однодомности (гермафродитизм) к двудомности к постепенному вытеснению гаплофазы диплофазой от наружного оплодотворения к внутреннему с внутриутробным развитием
Законы моногибридного скрещивания по Менделю • • Сначала термины: Гибрид - потомок от родителей, отличающихся по наследственным признакам. Гибридизация - процесс, в основе которого лежит объединение различного материала в одной особи. Моногибридное скрещивание - родители отличаются по одному признаку Г. Мендель (1868 г. ) изучал закономерности наследования признаков, которые послужили основой для
• • • Первый закон Менделя Закон единообразия первого поколения: При скрещивании двух гомозиготных организмов, относящихся к разным чистым линиям и отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков, все первое поколение гибридов F 1 окажется единообразным и будет нести признак одного из родителей АА х аа Аа Признак, проявляющийся в первом поколении, называют доминантным, не проявляющийся рецессивным. Если необходимо выяснить “чистоту линии” (гомоили гетерозиготным является генотип Х, проводят анализирующее скрещивание: Х х аа. Если все потомки будут идентичны (Аа), то Х был гомозиготен (АА), если произойдет расщепление: Аа и аа, -
• • • При скрещивании двух гетерозиготных потомков Второй закон Менделя первого поколения между собой, во втором поколении наблюдается расщепление в определенном числом отношении: по фенотипу 3: 1, по генотипу 1: 2: 1 В случае неполного доминирования расщепление по фенотипу может совпадать с расщеплением по генотипу (АА - красная окраска, Аа - розовая окраска, аа - белая окраска цветов) В случае кодоминирования (например, наследование групп крови) не будет частичной выраженности признака, а каждое сочетание 00, АА, В 0, ВВ, АВ будет давать определенную группу крови Объяснение характеру расщепления признаков является закон чистоты гамет: аллельные гены в гетерозиготном состоянии не сливаются, не разбавляются, не изменяют друга. В результате мейоза в каждой гамете оказывается лишь одна из гомологичных хромосом,
Отклонения от меделевских расщеплений. Причины: • • • Разная жизнеспособность различных типов гамет, зигот, эмбрионов Нарушения в протекании мейоза Взаимодействия генов - за один признак отвечает несколько генов
3. Генотип, фенотип, генофонд. Факторы, вызывающие изменения генотипов и фенотипов организмов. Генофонд биосферы и проблема его сохранения. • • • Ген - структурная и функциональная единица наследственности, контролирующая развитие определенного признака или свойства. Генотип - совокупность наследственных признаков или свойств, полученных особью. Обычно на практике понимают под генотипом совокупность генов, сочетающую различные варианты аллельных генов каких-либо признаков Фенотип - совокупность внешних и внутренних признаков, приобретенных в результате онтогенеза, реализованная наследственность.
• • • Наследственная изменчивость Комбинативная - связана с получением новых сочетаний генов в генотипе. Достигается в результате: а) независимого расхождения хромосом при мейозе; б) случайного их сочетания при оплодотворении; в) рекомбинации генов благодаря кроссинговеру. Сами гены не меняются, возникают лишь их новые сочетания Мутационная - изменчивость самого генотипа. Мутации обладают следующими свойствами: а) происходят внезапно, скачкообразно; б) наследуются; в) ненаправленны; г) одни и те же мутации могут возникать повторно; д) могут как полезными, так и вредными. Мутагенные факторы: физические воздействия ( электромагнитные, ионизирующие излучения,
Мутации • В зависимости от типа клеток, в которых они возникают - соматические (проявляются в онтогенезе) и генеративные (проявляются в следующих поколениях • По характеру изменения генотипа - генные (пара нуклеотидов); хромосомные (нехватки, удвоения, инверсии, транслокации), геномные (кратное увеличение диплоидного набора хромосом), гетероплоидия (некратное гаплоидному набору, например, трисомия, болезнь Дауна)
Ненаследственная (фенотипическая) изменчивость • Фенотипическая изменчивость модификационная наследственность • Пределы фенотипической изменчивости норма реакции • Графическое выражение изменчивости признака - вариационная кривая. • Сильно варьируют признаки: семенная продуктивность злаков, удои молока, число и размеры листьев растений; мало вариьруют окраска цветов и плодов, остистость и опушенность колоса, масть
• • Генофонд. . . Это совокупность генов популяции, вида или другой систематической единицы в данный отрезок времени. Чем крупнее генофонд, тем лучше адаптивные возможности потомства к окружающей среде В популяциях, находящихся в генетическом равновесии, генофонд не изменяется от поколения к поколению. В эволюционирующей популяции происходят изменения под влиянием: а) мутаций (первичное сырье для эволюции); б) гибридизации (притока генов из других популяций); в) естественного отбора Закон Харди-Вайнберга - закон популяционной генетики: В популяции бесконечно большого размера, в которой не действует отбор, не идет мутационный процесс, отсутствует обмен особями с другими популяциями, не происходит дрейф генов, все скрещивания случайны, - частоты генотипов по какому-либо гену будут постоянными из поколения к
• Генофонд биосферыи- это. . . вся совокупность видов сообществ конкретных регионов и планеты в целом. • . . . важнейший неисчерпаемый ресурс, и его сохранение является важной задачей мирового сообщества • Выделяют прямую, косвенную, опционную ценность биоразнообразия и ценность существования
• • Прямая экономическая ценность - использование Аспекты биоразнообразия биологических ресурсов для потребления (в пищу, в медицине, в производстве) Косвенная экономическая ценность - связана с естественными экосистемами, которая приносит экономическую выгоду без изъятия продукта и нарушения экосистем (предотвращение наводнений и эрозии почв, использование водных экосистем как очистных сооружений, рекреационный потенциал экосистем). Опционная ценность - уникальность генотипов организмов, которые могут быть потенциально использованы в медицине, биоинженерии, сельском хозяйстве. Ценность существования - понимание роли
4. Естественный отбор (ЕО) и его формы • • ЕО - это процесс, приводящий к выживанию и преимущественному размножению более приспособленных к данным условиям среды особей, обладающих полезными наследственными признаками. В соответствии с теорией Дарвина и современной синтетической теорией эволюции, основным материалом для естественного отбора служат случайные наследственные изменения - мутации и их комбинации.
• • • Механизм естественного отбора Изменения генотипов в популяции многообразны, они затрагивают любые признаки и свойства организмов. Среди множества изменений случайно возникают такие, которые лучше соответствуют конкретным условиям в данное время Обладатели этих признаков оставляют болше выживающих и размножающихся потомков по сравнению с другими особями популяции Из поколения в поколение полезные изменения суммируются, накапливаются и превращаются в адаптации - приспособления Приспособления к среде могут возникать разными путями, следовательно от одного предка могут
Формы естественного отбора • • • Стабилизирующий - направлен против особей, имеющих крайние отклонения от средней нормы, в пользу особей со средней выраженностью признака, элиминация гомозигот в пользу гетерозигот (средняя плодовитость, размер крыльев птиц, серповидно-клеточная анемия) Движущий - направлен в сторону уклонения от средних значений признака в сторону усиления или ослабления признака ( “индустриальный меланизм”) Дизруптивный - направлен на элиминацию средней выраженности признака в сторону крайних отклонений от нормы (ранне- и позднецветущие расы растений на сенокосных лугах)
• • Формы естественного отбора Половой отбор - естественный отбор на успех в размножении: признаки, которые снижают жизнеспособность их носителей, могут возникать и распространяться, если преимущества, которые они дают в успехе размножения, значительно выше, чем их недостатки для выживания Групповой отбор закрепляет признаки, благоприятные для группы, но не всегда полезные для отдельных особей; Положительный ЕО - увеличивает число в популяции особей, обладающих полезными признаками, повышающими жизнеспособность вида в целом. Отсекающий ЕО - выбраковывает из популяции большинство особей, несущих признаки, снижающие
• • • 5. Основные факторы эволюции, биологическое значение вида, Вид - факторы видообразования совокупность особей, обладающих общими признаками, объединенных возможностью скрещивания в природных условиях, и имеющих собственный ареал, отделенный от других видов изоляцией Критерии вида: морфологический (внешние черты), физиолого-биохимический (особенности обмена веществ и биохимических процессов, географический (определенный ареал и экологические условия), генетический (специфический кариотип, нуклеотидный состав ДНК), репродуктивная изоляция (защищенность генофонда от притоков генов других видов). Вид - это реально существующая генетически неделимая единица органического мира. Элементарной единицей эволюции является
• • • Основные факторы эволюции Наследственная изменчивость (мутационная и рекомбинационная) Борьба за существование - совокупность взаимоотношений между особями и факторами окружающей среды Естественный отбор - выживание наиболее приспособленных особей и гибель менее приспособленных. ЕО - главная прична развития адаптаций, видообразования и происхождения надвидовых таксонов Дрейф генов (процесс случайного, ненаправленного изменения частот аллелей в популяциях) и принцип основателя выступают причинами формирования нейтральных признаков Изоляция
Пути видообразования • Филетическое видообразование - преобразование существующих видов. В ходе эволюции вид А меняется и превращается в вид Б. Чило видов не меняется. • Гибридогенное видообразование - два вида А и Б сливаются с образованием вида С • Дивергенция - разделение одного предкового вида на несколько независимо эволюционирующих видов. Это основной путь эволюции биоразнообразия на Земле. Пусковым механизмом видообразования является изоляция.
Изоляция • Пространственная - географические барьеры • Экологическая - сроки размножения, предпочтительные местообитания, особенности питания и др. • Длительная внутривидовая изоляция и дрейф генов приводят к накоплению генетических различий, а затем и морфологических, физиологических и поведенческих признаков, разделяющих виды и приводящая к видообразованию.
Два основных способа видообразования • Аллопатрическое - ареал вида фрагментируется на “острова” • Симпатрическое - виды обитают на одной территории, но разошлись путем полиплоидизации , гибридизации (слива = тёрн + алыча) или экологической специализации (паразитизм, разобщение по сезонам размножения)
• • Правила эволюции Правило необратимости эволюции. Группа организмов не может вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду их предков Правило происхождения новых видов от неспециализированных предков Правило прогрессирующей специализации. Группа, вступившая на путь специализации будет идти по пути все более глубокого приспособления к узким условиям существования. Правило чередования главных направлений эволюции: арогенеза (приобретения ароморфозов, крупных изменений строения, повышающих уровень организации) и аллогенеза (приоретение идиоадаптаций (приспособлений к специальным условиям среды, не изменяющим
Конец! А кто слушал молодец! • Успехов на экзамене!
Скачать презентацию ОБЗОРНАЯ ЛЕКЦИЯ ПО ОБЩЕЙ БИОЛОГИИ ДЛЯ ЭКОЛОГОВ 5
обзорная лекция по ОБ 5-й курс.ppt