ТЕМА 4 ЗЕМЛЯ НАШ ДОМ ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ

ТЕМА 4. ЗЕМЛЯ – НАШ ДОМ ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ: - Сравнительная планетология. Гипотезы планетообразования. Зарождение Земли из пылевого облака. Гипотеза планетообразования по Канту - Внутреннее строение Земли. Земная кора. Тектоника литосферных плит Химический состав Земли. Магнитное поле Земли - Атмосфера Земли. Климат Земли - Возраст Земли. История Земли и её свойства как обиталища живой материи БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ, СПЕЦИФИКА ЖИВОГО : - Гипотезы возникновения жизни на Земле - Концепция биохимической эволюции - Иерархичность и признаки биологических систем (метаболизм, гомеостаз, самовоспроизведение, …) - Определения жизни ГЕНЕТИКА И ЭВОЛЮЦИЯ: - Эволюция, ее атрибуты. Эволюционная концепция Ламарка. - Дарвинизм и антидарвинизм - Синтетическая теория эволюции. Макроэволюция - Генетика, основные понятия - Наследственность - Изменчивость

Сравнительная планетология ПЛАНЕТЫ: внутренние: 1, 2, 3, 4 (Ме, Ве, Зе, Ма) -металлическое ядро + силикатная оболочка; - внешние: 5, 6, 7, 8 (Юп, Са, Ур, Не) - каменное ядро + лёд, аммиак, метан, водород Анализируя планеты земной группы, ученые часто включают в анализ и спутник Сатурна Титан. . ПЛАНЕТЫ ЗЕМНОЙ ГРУППЫ: Планеты Расстоян. до ☼, а. е. Масса Темпер-а поверх, К Давление, бар Осн. атм. газы Альбедо Ме 0, 39 0, 052 440 10 -16 - 0, 056 Ве 0, 72 0. 81 735 92 СО 2 - 0, 965 N 2 - 0. 035 0, 75 Зе 1 1 289 1 N 2 - 0. 78 О 2 – 0, 21 Ма 1, 52 0, 11 214 0, 006 СО 2 - 0, 953 N 2 - 0. 027 Вода в атмосфере - Вода на поверх, бар - (3— 10) · 10 -5 - 0, 367 <0. 03 270 0, 16 <10 -4 30 Альбедо - отношение светового потока, рассеянного телом во всех направлениях, к потоку, падающему на тело;

Внутреннее строение Земли Зондирование сейсмическими волнами позволило установить оболочное строение Земли и её химический состав Н, км . 33 Са 400 Плотность, г/см 3 0, 8 2, 7 - 3, 0 Масса, % 10, 4 3, 3 – 3, 7 16, 4 3, 7 – 4, 7 1000 41, 0 4, 7 – 5, 7 2900 9. 4 – 11, 5 5100 31, 6 11, 5 – 12, 0 – 12, 3 6310 А –земная кора, В – верхняя мантия, С – средняя мантия, D – нижняя мантия, Е – внешнее жидкое ядро, F – переходная зона, G – внутреннее твёрдое ядро

Земная кора Верхняя сфера «твёрдой» Земли -земная кора - самая неоднородная и сложно построенная. Среди типов земной коры преобладают два: материковая и океаническая; в строении первой различают три слоя: верхний - осадочный (от 0 до 20 км), средний, называемый условно «гранитным» (от 10 до 40 км), и нижний, т. н. «базальтовый» (от 10 до 70 км), Осадочные породы (1, 5) Гранит (2, 7) . Океан (1, 03) Базальты, габбро (3, 0) Пояс Мохоровича Астеносфера Верхняя мантия (3, 4) Океаническая кора «тоньше» , в ней нет «гранитового» слоя. Базальты, габбро (3, 0) Кора и верхние слои мантии образуют литосферу. Ее граница расположена на глубине около 70 км. Литосфера расколота на десяток больших литосферных плит, которые «плавают» в расположенном под ними до глубины 250 км слое повышенной текучести, называемом астеносферой. Геологические особенности коры определяются совместными действиями на неё атмосферы, гидросферы и биосферы – этих трёх самых внешних оболочек планеты. Поверхность суши = 28. 7 % всей поверхности Земли. Около 10% суши покрыто вечными снегами и льдом. Водная поверхность = 71. 3 % всей поверхности Земли. Средняя плотность земной коры составляет 2, 8 г/см 3. Земная кора составляет менее 1% массы Земли. км Состав коры O - 49, 5% Si - 25, 3% Al - 7, 5% Fe - 5, 1% Ca - 3, 4% Na - 2, 6% K - 2, 4% Mg - 1, 9% H - 1, 0% Ti - 0, 6% C - 0, 1%

Тектоника литосферных плит Привычная для нас твердая и жесткая земная кора - литосфера в действительности представляет собой шаткое покрывало из ряда блоков – плит, которые медленно перемещаются относительно друга по астеносфере - поверхностному слою мантии. На некоторых литосферных плитах- гигантах покоятся континенты, сложенные из более легкой породы; они дрейфуют вместе ними , меняя расположение относительно друга. Там, где громадные, жесткие дрейфующие плиты соприкасаются, трутся друг о друга и сталкиваются, поднимаются горные хребты, извергаются вулканы, происходят землетрясения. . Около 230 -200 млн. лет назад, все материки были сгруппированы в единый гигантский континент – Пангею. Этот суперконтинент первоначально раскололся на две части. На севере была Лавразия, состоявшая из древнего континента Северной Америки, Европы и Азии. На юге была Гондвана, состоявшая из Африки, Южной Америки, Антарктики, Австралии и Индии, которая в то время лежала далеко к югу от Азии. Ученые предсказывают, что через 350 млн. лет Тихий океан прекратит свое существование, а Северная и Южная Америки снова встретятся с Азией и Австралией. Изображения внутренней структуры 3 емли, полученные с помощью сейсмической томографии показали, что огромные потоки горячей породы (плюмы) размером с континент, медленно поднимающиеся из глубоких земных недр, являются истинной движущей силой для дрейфа континентов, землетрясений, извержений вулканов и даже изменений климата. Земля - это тепловая машина, в которой тепло преобразуется в энергию движения.

Химический состав Земли O Fe . Земля представлена широким спектром химических элементов, частично агрегированных в минералы и горные породы. Si По происхождению горные породы разделяют на три группы: 1) магматические , образующиеся в результате извержения, магмы (лавы). Часто это металлические полезные ископаемые, а также апатиты, алмазы и др. ; 2) осадочные , образовавшиеся при осаждении разрушенных магматических пород , остатков живых организмов в океанах, морях, озерах, реках. Среди них полезные ископаемые: нефть, газ, уголь, торф, бокситы, фосфориты и др. ; 3) метаморфические, преобразованные из магматических и из осадочных. Так формируются железные, медные, полиметаллические, урановые и другие руды, а также графит, драгоценные камни, огнеупоры и др. Хим. элементы Земли Fe - 34, 6% O - 29, 5% Si - 15, 2% Mg - 12, 7% Ni - 2, 4% S - 1, 9% Ca - 1, 1% Al - 1, 1% Na - 0, 6% ОСТАЛЬНОЕ < 1, 0% Среди минералов наиболее распространены: силикаты: кварц, оливин, тальк, полевые шпаты и др. , - сульфиды, например пирит, галоидные соединения, например, галит (поваренная соль), оксиды и гидрооксиды, например, кварц, опал, магнетит (магнитный железняк), корунд, карбонаты, например, кальцит (известковый шпат), доломит, фосфаты, например, апатит, сульфаты, например, гипс, барит, вольфрамит и др; Существенная часть массы Земли сосредоточена в самородных элементах: расплавах железа, никеля, золото, серебро, медь, платина, графит, алмаз, сера;

Магнитное поле Земли Основная компонента магнитного поля Земли (~99%) возникает благодаря . механизму гидромагнитного динамо в результате движений (обычно конвективных или турбулентных) электропроводящего вещества жидкого ядра нашей планеты. . При температуре вещества (3400 -5980 К) его проводимость достаточно высока, чтобы конвективные движения, могли возбуждать изменяющиеся электрические токи, способные, в соответствии с законами электромагнитной индукции, создавать магнитные поля. . По форме основное магнитное поле Земли близко к полю магнитного диполя , южный полюс которого находится на севере Гренландии, северный в Антарктиде. Полюса со временем мигрируют и даже периодически меняются местами. Магнитосфера – область околоземного космического пространства, контролируемая магнитным полем Земли. Магнитосфера формируется в результате взаимодействия солнечного ветра с плазмой верхних слоев атмосферы и магнитным полем Земли. По форме магнитосфера представляет собой каверну и длинный хвост, которые повторяют форму магнитных силовых линий.

Гипотезы планетообразования. До сих пор нет общепринятой теории зарождения Солнечной системы и планетообразования. Сейчас, когда достоверно обнаружены другие системы, подобные Солнечной, механизмы планетообразования, тем более, требуют научного обоснования. Укажем некоторые версии: Встреча с внешними небесными телами: 1)Звездой (Бикертон, 1878; Чемберлен, 1901 – выров из Солнца; Аррениус, 1913 – Звезда распалась; Джинс, 1917 – Звезда задела Солнце и образовался хвост) 2) Гигантской кометой (Бюффон, 1745 – выров из Солнца) 3) Газовым облаком (Шмидт, 1943 – его захват; Уиппл, 1947 – у газового облако был большой момент импульса) У Солнца преобразовалась кратность: 4) Солнце было двойной звездой (Рессел, 1935 – второй компонент разрушен третьей Звездой; Хойл, 1944 – второй компонент вспыхнул сверхновой и улетел) 5)Солнце было тройной звездой (Литлтон, 1936 – две отделились и оставили часть своего вещества) Система сформировалась из газового облака Система сформировалась из прото-Солнца (Кант, Лаплас) Главенствующей теорией формирования Луны, на сегодняшний день, является теория гигантского столкновения прото-Земли с небесным телом размером с планету Марс спустя ~30 млн лет с момента образования прото-Земли.

Зарождение Земли и Солнечной системы из пылевого облака • Планетеземали фоне Солнца на Земля на фоне формирующегося Солнца Планетезимали, в теориях происхождения Солнечной системы (и других планетарных систем) - тела, размером от нескольких миллиметров до нескольких километров, которое конденсировалось из облака газа и пыли (солнечной туманности) в стороне от того места, где формировалось Солнце. Как только такие тела достигали размера нескольких километров, их гравитационное притяжение позволяло им соединяться друг с другом в ходе процесса, называемого аккрецией, в результате чего образовывались протопланеты.

Гипотеза Канта планетообразования Примерно 4, 5 млрд лет тому назад, исчерпав ресурсы для термоядерного котла, вращающееся прото-Солнце подверглось гравитационному сжатию, т. к. силы тяжести уже не уравновешивались распирающими силами реакционной зоны. Внешние слои устремились в центр, прежде всего на полюсах, где центробежные силы были минимальны, а центральные переферийные части нашей протозвезды вытягивались в диск. Холодное вещество переферии, врываясь в центральную область, взрывалось подобно холодной воде выплеснутой на горячую печку сауны и в окружающее звезду пространство устремлялась лучистая энергия выскоэнергетических электромагнитных квантов и вещества (электроны, протоны, нейтроны и др. ) В материале диска , облучаемом солнечной энергией происходил нуклеосинтез с формированием практически всех элементов таблицы В. И. Менделеева. Легкие ядра отбрасывались далеко на переферию, тяжелые оставались ближе к Солнцу. В пользу гипотезы Канта расположение планет в одной плоскости и распределение Земля ядер атомов так, как указано выше Прото. Солнце

Возраст Земли В начале ХХ в. П. Кюри и Э. Резерфорд предложили использовать радиоактивный распад химических элементов для определения абсолютного возраста горных пород и минералов. Принцип, положенный этими учёными в основу определений абсолютного возраста, используется до сих пор. Измерение возраста производится по содержанию продуктов радиоактивного распада в минералах. . Для определения времени существования нашей планеты по слагающим ее горным породам, необходимо, чтобы эти горные породы были первичными: возникли при образовании Земли и больше не изменялись. Если же они затем подверглись изменениям (преобразованиям), то абсолютный возраст таких пород покажет время последнего их преобразования, а не время существования земного шара. Тем не менее, геологи и физики произвели массовые измерения, разыскивая наиболее древние породы и определили предельный возраст как Т>4 млрд. лет. Вещество метеоритов дает ~ 4, 5 млрд лет Наиболее популярны уран-свинцовый, свинец- свинцовый, калий –аргоновый и рубидийстронциевый методы. В каждом из них определяется отношение количеств изотопов химических элементов и по известным значениям постоянных распада определяют время с момента формирования породы. Также определяется возраст других объектов: картин, захоронений, остатков животных и т. д. Уран-свинцовый метод

Атмосфера Земли. Атмосфера Земли кардинально отличается от атмосфер других планет: в ней низкое содержание углекислого газа, высоко содержание молекулярного кислорода и относительно велико содержание паров воды. Две причины создают выделенность атмосферы Земли: вода океанов и морей хорошо поглощает углекислый газ, а биосфера насыщает атмосферу молекулярным кислородом, образующимся в процессе растительного фотосинтеза. Расчёты показывают, что если освободить всю поглощённую и связанную в океанах углекислоту, убрав одновременно из атмосферы весь накопленный в результате жизнедеятельности растений кислород, то состав земной атмосферы в своих основных чертах стал бы подобен составу атмосфер Венеры и Марса. Состав атмосферы - 21% О 2, 78% N 2, 1% Ar. ФОТОСИНТЕЗ - ГЛАВНЫЙ ИСТОЧНИК КИСЛОРОДА: m. CO 2 + n Н 2 О + Cm(Н 2 О)n+ m О 2 ; масса атмосферы - 0, 00009 % массы Земли.

Климат Земли. Погода — это ежедневное состояние атмосферы. Погода является хаотичной нелинейной динамической системой. Климат — это усредненное состояние погоды и он, напротив, стабилен и предсказуем. Климат включает в себя такие показатели как средняя температура, количество осадков, количество солнечных дней и другие переменные, которые могут быть измерены в каком-либо определенном месте. Однако на Земле происходят и такие процессы, которые могут оказывать влияние на климат. Современное состояние климата Земли характеризуется принадлежностью к одной из межледниковых эпох голоцена — последнего по времени периода начавшейся около 30 млн лет назад кайнозойской эры. Для жизни на планете наиболее важны такие показатели ее климата как: температура, давление, наличие жидкой воды, состав атмосферы. Основные природные факторы влияющие на формирование климата: парниковые газы, тектоника литосферных плит, солнечное излучение, изменения орбиты, вулканизм. Антропогенное воздействие на изменение климата происходит через: сжигание топлива, аэрозоли, цементную промышленность, землепользование, скотоводство. Влияние человека составляет пока менее 1% от общего радиационного баланса, а антропогенное усиление естественного парникового эффекта – примерно 2%, с 33 до 33, 7 град С. Таким образом, средняя температура воздуха у поверхности Земли увеличилась с доиндустриальной эпохи (примерно с 1750 года) на 0, 7 °С

История Земли и её свойства как обиталища живой материи Возраст Земли. Приобретение Луны. Возникновение жизни ~ Распад последнего суперконтинента Пангеи – Исчезновение динозавров Появление рода Нomo ~ Появление вида Нomo sapiens ~ Возникновение христианства ~ Возраст слушателей – ЛЕТ 4 540 000 4 530 000 3 500 000 180 000 65 000 000 35 000 2 000 19 Оптимальное расстояние до Солнца, обеспечивающее на протяжении всего времени существования Земли температуру на поверхности, совместимую с белковой формой жизни, в том числе, с жидкой фазой воды. Химический состав веществ на Земле и особенно в ее поверхностном слое, необходимый для естественного воспроизводства необходимых для жизни органических и неорганических веществ. Собственное магнитное поле Земли, обеспечивающее защиту от потока заряженных частиц Солнца. Щадящие тектоника литосферных плит и процессы теплообмена с горячим ядром планеты

Угрозы жизни планетарного масштаба 1. Извержение супервулкана 2. Падение астероида 3. Близкий гамма – всплеск или космологический джет 4. Сверхвспышка на Солнце 5. Необратимый убегающий парниковый эффект 6. Разрушение озонового слоя 8. Непредвиденное (например, экологический дисбаланс), третья мировая, пандемия и др.

Горячая десятка катастроф на Земле 10. Тунгусский метеорит, 1908 г. (ТМ) 9. Царь-бомба, 1961 г. , Новая Земля 57 -и Мт Н 2 бомба, (4 ТМ) 8. Вулкан Кракатау, 1883 г. , Индонезия (16 ТМ) 7. Вулкан Тамбора, 1815 г. , Суматра (гибель 49000 чел, «год без лета на Земле» ) 6. Вулкан Таупо, 26 тыс. лет назад, Н. Зеландия (10 Тамборов) 5. Супервулкан Тоба, 70 тыс. лет назад, Суматра, на 1000 лет похолодание, генетический отбор предков человека, дожди 4. Йеллоустонский национальный парк – «змеиная точка» , 3 извержения супервулкана, 2, 1; 1, 3; 0, 64 млн лет тому назад 3. Супервулкан Ла-Гарита, Колорадо (100000 царь - бомб) 2. Чиксулубский метеорит, 65 млн лет, Мексика, кратер 180 км, (10 СВ Ла. Гарита, уничтожено 95% живого, в том числе динозавры) 1. Планета Тейя – мать Луны, ~ 4, 5 млрд лет назад –с массой ~ 0, 1 Массы Земли ударом извне «вырвала Луну» и наклонила ось вращения нашей планеты так, что теперь в каждом полушарии мы наблюдаем времена года: лето, осень, … • .

Столкновение с астероидами и кометами

Вспышки на Солнце: риски для глобальной катастрофы на Земле малы, но конечны

• Второе Солнце, из-за которого жителям Земли придется позабыть о темной части суток, а земной день будет освещаться сразу двумя мощными светилами – сверхновая (агония БЕТЕЛЬГЕЙЗЕ) 640 световых годах от нашей планеты. Некоторые астрономы утверждают, что Бетельгейзе взорвется в самом конце 2012 года и будет освещать нашу планету в течение целых двух недель.

Двойное Солнце: велика вероятность увидеть при нашей жизни Так выглядит Бетельгейзе сейчас Бетельгейзе после взрыва Солнце Ночь превратится в день на несколько недель, 600 с. л. Угрозы нет.

Излучение релятивистского джета • Любое тело, излучающее электромагнитные волны (свет), приближении его скорости к скорости света, начинает излучать не симметрично во все стороны, а узким конусом в направлении своего движения. Чем выше скорость, тем уже конус

Снимок релятивистского джета • Изображение, полученное с помощью телескопа «Хаббл» : Активная галактика М 87. В ядре галактики, предположительно, находится чёрная дыра. На снимке видна релятивистская струя длиной около 5 тысяч световых лет.

СУПЕРВУЛКАНЫ

Йеллоустонский национальный парк - супервулкан В самом центре этой США, в благодатнейшем её уголке назревает природная катастрофа. Йеллоустонский национальный парк, известный своими лесами, медведями гризли и горячими источниками, на самом деле является бомбой, которая взорвётся в ближайшие годы. Если это произойдёт, может погибнуть весь Североамериканский континент. Да и остальному миру мало не покажется. А всё дело в том, что древний и, как считалось, безопасный супервулкан, на котором расположена райская долина, вдруг проявил признаки активности. Забившие чудесным образом источники и стали первым её проявлением. Сейсмологи обнаружили под заповедником резкий подъём почвы. За последние четыре года её вспучило на 178 сантиметров. Это притом, что за предыдущие двадцать лет подъём грунта составил не более 10 сантиметров. Геологическое общество Америки ожидало его пробуждения не раньше чем через 20 тысяч лет. Но на основании новых данных компьютеры выдали неожиданный результат. Следующей катастрофы следует ждать в 2075 году. Однако через некоторое время выяснилось, что события развиваются гораздо быстрее. Результат пришлось скорректировать ещё раз. Страшная дата приблизилась. Теперь она маячит между 2012 и 2016 годами, причём первая цифра выглядит вероятнее. Казалось бы – подумаешь, извержение, тем более что о нём заранее известно. Ну, эвакуируют американцы население из опасного района, ну потратятся потом на восстановление разрушенной инфраструктуры… Увы, так могут рассуждать только те, кто не знаком с супервулканами.

Взрыв 6 м. Гт бомбы

Гипотезы возникновения жизни на Земле, I Три ключевых для естествознания проблемы всегда привлекали человечество – это проблемы происхождения Вселенной, жизни и человека. Среди гипотез зарождения жизни на Земле в различные времена с тем или иным успехом рассматривались гипотезы: креационизма; самопроизвольного (спонтанного) зарождения; стационарного состояния; панспермии; биохимической эволюции. Креационизм — религиозно-философская концепция, в рамках которой всё многообразие органического мира, человечества, планеты Земля, а также мир в целом, рассматриваются как созданные неким верховным существом или божеством. Теория креационизма, отсылая ответ на вопрос о возникновении жизни к религии (сотворение жизни Богом), по критерию Поппера находится вне поля науки (так как она неопровержима: научными методами невозможно доказать то, что Бог не сотворял жизни, так и то, что Бог ее сотворил). Кроме того, эта теория не дает удовлетворительного ответа на вопрос опричинах возникновения и существования самого верховного существа, обычно просто постулируя его безначальность. Формула креационизма: ИНТЕЛЛЕКТ + МАТЕРИЯ = ЖИЗНЬ» Теория стационарного состояния. Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь. виды живых организмов также существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности — либо изменение численности, либо вымирание. УСПЕХИ ГЕОЛОГИИ, АРХЕОЛОГИИ, АСТРОФИЗИКИ, БИОЛОГИИ ОПРОВЕРГЛИ ГИПОТЕЗУ Наука установила конечное время существования Вселенной, галактик, звезд и, соответственно, планетных систем вокруг звёзд. Возраст Земли по современным оценкам исчисляется ~4, 6 млрд. лет. .

Гипотезы возникновения жизни на Земле, II Теория самозарождения. Была распространена в Древнем Китае и Древнем Египте как альтернатива креационизму. Аристотель, в частности, придерживался гипотезы спонтанного зарождения жизни. Согласно её определенные «частицы» вещества содержат «активное начало» , которое при подходящих условиях может создать живой организм. Учёный был прав, считая, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, но ошибался, полагая, что оно присутствует также в солнечном свете, тине и гниющем мясе. С распространением христианства теория самозарождения жизни оказалась не в чести: ее признали лишь те, кто верил в колдовство и поклонялся нечистой силе, но эта идея все продолжала существовать где-то на заднем плане в течение еще многих веков. Французский химик Луи Пастер в 1860 г. опытами на мясе, предотвратив его контакт с мухами, доказал тезис «ЖИВОЕ ОТ ЖИВОГО» и практически «похоронил» гипотезу о самозарождении жизни. Теория панспермии, предложена в 1865 г. немецким ученым Г. Рихтером и шведским ученым Аррениусом в 1895 г. Согласно теории жизнь занесена на Землю из космоса. Наиболее вероятно попадание живых организмов внеземного происхождения с метеоритами и космической пылью. Это предположение основывается на данных о высокой устойчивости некоторых организмов и их спор к радиации, глубокому вакууму, низким температурам … Однако до сих пор нет достоверных фактов, подтверждающих внеземное происхождение микроорганизмов, найденных в метеоритах. Но если бы даже они попали на Землю и дали начало жизни на нашей планете, вопрос об изначальном возникновении жизни оставался бы без ответа. Фрэнсис Крик и Лесли Оргел предложили в 1973 году другой вариант - управляемую панспермию, т. е. намеренное "заражение" Земли (наряду с другими планетными системами) микроорганизмами, доставленными на непилотируемых космических аппаратах инопланетной цивилизацией, которая, возможно, находилась перед глобальной катастрофой или просто надеялась произвести подготовку других планет для будущей колонизации.

Концепция биохимической эволюции, I С позиций современной науки жизнь возникла на Земле 3 -4 млрд. лет тому назад в многостадийном процессе образования органических соединений из неорганических, а затем биологических из органических. Наибольший вклад в обоснование современных научных представлений - концепции биохимической эволюции внесли русский учёный А. Опарин и американский учёный Дж. Холдейн. Согласно их воззрениям и современным дополнениям возникновение жизни на Земле произошло в течении первого ( «тёмного» ) миллиарда лет существования нашей планеты и прошло ряд этапов: I – этап: абиогенный синтез органических соединений; II – этап: формирование коацерватов (полярных молекул окруженных гидратными оболочками) и метаболизма в первичном бульоне из коацерватов, полинуклеотидов, полипептидов, катализаторов. III – этап: формирование системы РНК-БЕЛКИ-ДНК , при автокаталитической саморепродукции РНК! Появление клетки из коацервата с размещением в ней РНК. IV-этап: эволюция первых живых организмов – гетеротрофов - анаэробов- прокариотов в автотрофы – анаэробы – прокариоты (бактерии и микроводоросли с возрастом 3, 2 – 3, 5 млрд. лет. ), следы которых зафиксированы археологами в Австралии. Для признания гипотезы самоорганизационного зарождения жизни на нашей планете в последовательности: химическая эволюция органических соединений – возникновение живых молекул – биополимеров РНК, ДНК и механизма воспроизводства белков в живом организме следует учесть кардинально отличимые климатические условия на доактуалистической Земле. Эти условия в период «тёмного » миллиарда лет отличались экстремальностью, разнообразием как в атмосфере, в ареале поверхности планеты , так и на протяжении становления жизни на планете. По ряду признанных наукой концепций Земля возникла как фрагмент протосолнца с огромным энергетическим ресурсом, существенно превышающем годовой ресурс энергии потребляемый Землёй от Солнца сейчас. Это позволило осуществиться на Земле на огромной площади химическим реакциям, которые составляют сегодня предмет «экстремальной химии» .

Концепция биохимической эволюции, II (Доактуалистическая эпоха Земли) По сравнению с современным состоянием Земля в доактуалистическую эпоху характеризовалась: 1. Высокой температурой остывающей планеты. 2. Отсутствие свободного кислорода в атмосфере и как следствие защитного озонового слоя, атмосфера целиком пронизывалась интенсивной коротковолновой ультрафиолетовой радиацией. 3. Вода существовала в виде пара, что способствовало интенсивной грозовой деятельности на планете. 4. Во много раз выше была суммарная энергия падающих метеоритов, радиоактивный распад изотопов (прежде всего К 40 ). 5 В результате интенсивной вулканической деятельности потоки раскаленной лавы и зола попадали в первичные водоемы и непрерывно изменяли условия окружающей среды. 6. Отсутствовали живые организмы с их обменом веществ, быстро вовлекающим в орбиту своего действия разнообразные органические соединения. 7. Атмосфера содержала в качестве наиболее активных молекулы: H 2 O, CO, СО 2, СH 4, NH 3, H 2, N 2 и др Указанные условия создавали благоприятные возможности для разнообразных химических процессов, в том числе синтеза различных органических соединений Под влиянием указанных факторов химическая эволюция привела к образованию широкого спектра углеводородов, а затем на их основе к образованию аминокислот, нуклеотидов и их полимеров, и, наконец, к формированию в первичном бульоне гидросферы ся коллоидных систем. Физические и химические свойства воды и углерода определили центральную роль, которую они играли при зарождении жизни.

Концепция биохимической эволюции, III (Абиогенный синтез) В начале XX в. считалось, что лежащие в основе жизни органические вещества (углеводы белки, жиры), могут возникать только биогенно, т. е. путем синтеза их самими организмами. В двадцатые годы А. И. Опарин и Дж. Холдейн экспериментально показали, что в растворах высокомолекулярных органических соединений могут возникать зоны повышенной их концентрации – коацерватные капли, которые в некотором смысле ведут себя подобно живым объектам: самопроизвольно растут, делятся и обмениваются веществом с окружающей их жидкостью. Советский биохимик А. И. Опарин (1894 -1980) высказал предположение, что 4 -4, 5 млрд. лет назад в условиях доактуалистической Земли могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. Предсказание было подтверждено экспериментами. Особую известность получили опыты Г. Юри и С. Миллера (1955). Пропуская электрические разряды через смесь углекислого газа, метана, аммиака, водорода и паров воды при температуре +80* С, они получили простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот, в том числе глицин и аланин.

Концепция биохимической эволюции, IV (Предбиологический отбор) Коацерватные капли имеют высокую концентрацию полимеров. Часть этих . капель поглощали из среды низкомолекулярные соединения: аминокислоты, глюкозу, примитивные катализаторы. Взаимодействие молекулярного субстрата и катализаторов уже означало возникновение простейшего метаболизма внутри протобионтов ( «протобионты» по терминологии Опарина — первые белковые структуры). Обладавшие метаболизмом капли включали в себя из окружающей среды новые соединения и увеличивались в объеме. Когда коацерваты достигали размера, максимально допустимого в данных физических условиях, они распадались на более мелкие капельки, например, под действием волн. Мелкие капельки вновь продолжали расти и затем образовывать новые поколения коацерватов. Постепенное усложнение протобионтов осуществлялось отбором таких коацерватных капель, которые обладали преимуществом в лучшем использовании вещества и энергии среды. Отбор как основная причина совершенствования коацерватов до первичных живых существ — центральное положение в гипотезе Опарина. Но как бы ни были похожи коацерваты на простейшие клетки живых организмов, живыми они не являлись. Добиологический (чисто химический) этап переходит в этап самоорганизации, на котором возникают самовоспроизводящиеся сложные молекулярные комплексы. Эти макромолекулярные комплексы дают начало жизни. Граница между этапами: этапом химической эволюции и этапом самоорганизации биологических макромолекул — весьма условна и не фиксирована во времени.

Иерархичность и признаки биологических систем Основная совокупность характеристик, позволяющих отнести объект к живому: 1) наличие биогенных химических элементов (Н, С, О, Р, N, S), из которых построены биоорганические соединения: белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты; 2) метаболизм -поглощение из внешней среды необходимых для жизнедеятельности веществ, извлечение из них энергии и выделение продуктов распада; 3) наследственность - способность к самовоспроизведению; 4) изменчивость; 5) саморегуляция (поддержание постоянства химического состава); 6) клеточное строение; 7) раздражимость; 8) системность и дискретность (живые системы состоят из отдельных (дискретных) взаимодействующих элементов); 9) иерархичность структурной организации: менее сложные уровни являются необходимой основой для возникновения более сложных уровней организации Мир живого – единая иерархически организованная глобальная система, в которой можно выделить уровни: МОЛЕКУЛЯРНЫЙ (биополимерный) КЛЕТОЧНЫЙ ТКАНЕВЫЙ ОРГАННЫЙ ОРГАНИЗМЕННЫЙ ПОПУЛЯЦИОННО- ВИДОВОЙ БИОГЕОЦЕНОЗНЫЙ БИОСФЕРНЫЙ

Открытость живых систем. Метаболизм Живые системы — открытые системы. Живые системы используют внешние источники энергии в виде пищи, света, кислорода и т. п. Через них проходят потоки веществ и энергии, благодаря чему в системах осуществляется обмен веществ - метаболизм. Основа метаболизма — анаболизм (ассимиляция), то есть синтез веществ, и катаболизм (диссимиляция), то есть распад сложных веществ на простые с выделением энергии, которая используется для биосинтеза. Примеры анаболизма: синтез белков в клетках, фотосинтез у растений…. Примеры катаболизма: переваривание пищи в желудке, утилизация дефектных белков в клетках…. Вектор метаболизма направлен на извлечение из окружающей среды негоэнтропии (отрицательной энтропии), что позволяет живому организму поддерживать упорядоченность структур, состава. Интенсивный метаболизм соответствует здоровой эффективной биологической системе : клетке, органу, организму… Он оптимизирует вес, замедляет старение Большинству людей желательно ускорить метаболизм. Но как? Вот 10 безпроигрышных медицинских советов: 1) Наращивать мышечную массу (силовые упражнения); 2) Быть активным (спорт, регулярные физ. нагрузки); 3) Питаться чаще (дробное гармоничное питание); 4)Сократить потребление сахара (сахар переводит организм в режим хранения жировых запасов); 5) Не пропускать завтрак (здоровый завтрак подстегивает метаболизм на целый день!); 6) Пить зеленый чай; 7) Не допускать обезвоживания организма; 8) Избегать стрессов (эмоциональный стресс вызывает выброс кортизола, стероида, замедляющего метаболизм); 9) Высыпаться; 10) Включать в рацион пряности; Среди приведенных советов американских врачей жирным шрифтом обозначены, на наш взгляд, бесспорные. Существуют вредные приемы подстегивания метаболизма (кофеин, никотин, …), побочные негативные эффекты от которых превышают пользу.

Гомеостаз - саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия. В мире систем гомеостазу подвержены прежде всего биологические на любом уровне иерархической структуры. Например, регуляция химической деятельности клетки достигается с помощью ряда процессов, среди которых Команда особое значение имеет изменение структуры самой информация головного цитоплазмы, а также структуры и активности ферментов. в головной мозга к К О О Ж ж а а сегмент спинного мозга потовые железы Понятие гомеостаза применимо также к сообществам организмов, например, гомеостазом называется сохранение постоянства видового состава и числа особей в биоценозах. Генетический гомеостаз — способность популяции поддерживать динамическое равновесие генетического состава и число особей в популяции, что обеспечивает её максимальную жизнеспособность. рецепторы Организм не перегревается у любителей сауны и не переохлаждается у «моржей»

Самовоспроизведение • • • Живые системы существуют конечное время. Поддержание жизни связано с самовоспроизведением. Самовоспроизведение - способность живого образовывать себе подобное, - одна основных характеристик жизни. Самовоспроизведение свойственно целым организмам, отдельным их органам, тканям, клеткам, клеточным включениям и многим органеллам. из При всем разнообразии живых организмов способы их размножения в природе сводятся к двум формам: бесполой и половой. Некоторые растения сочетают эти две формы, размножаясь клубнями, черенками или отводками (бесполое размножение) и одновременно семенами (половое). В случае бесполого размножения потомство развивается из клеток исходного организма. При половом размножении развитие нового существа начинается с единственной клетки, образовавшейся от слияния двух родительских мужской и женской. Сущность размножения состоит в сохранении не только жизни в целом, но и каждого отдельного вида животных и растений, в организации преемственности между потомством и родительскими существами. Молекулярную основу процессов размножения всех организмов составляет способность ДНК к самоудвоению. В результате генетический материал воспроизводится в строении и функционировании дочерних организмов.

Определения жизни Жизнь — форма существования материи, в некотором смысле высшая по сравнению с её физической и химической формами. Нет единого мнения о том, какие именно отличия являются необходимыми и достаточными для отнесения объекта к живому или неживому. Такие специфические признаки живого как постоянство формы, рост, регенерация, питание, размножение, старение, гибель и др. характерны не только для живых организмов, но и для ряда заведомо неживых организмов, например, кристаллов. Кроме того имеются переходные формы от нежизни к жизни. Вирусы вне клеток другого организма не обладают, практически, ни одним из атрибутов живого. У них есть наследственный аппарат, но отсутствуют необходимые для обмена веществ ферменты, и поэтому они могут расти и размножаться, лишь проникая в клетки организма – хозяина и используя его ферментные системы. Основной атрибут живой материи — генетическая информация, используемая для репликации. С позиций телеологии (учения о цели) часто живую материю связывают со способностью совершать целенаправленные действия. Наука сегодня числит эту способность не только за человеком, но и всей живой материей. Ниже приведен ряд определений живого. ЖИВОЕ – ЭТО СОВОКУПНОСТЬ ОБЪЕКТОВ, СПОСОБНЫХ СОВЕРШАТЬ ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННЫЕ ДЕЙСТВИЯ, КОНЕЧНАЯ ЦЕЛЬ КОТОРЫХ - САМОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ. Ф. ЭНГЕЛЬС: «ЖИЗНЬ – СПОСОБ СУЩЕСТВОВАНИЯ БЕЛКОВЫХ ТЕЛ» . К. ГРОБСТЕЙН: «ЖИЗНЬ-МАКРОМОЛЕКУЛЯРНАЯ СИСТЕМА, ДЛЯ КОТОРОЙ ХАРАКТЕРНА ОПРЕДЕЛЕННАЯ ИЕРАРХИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ, СПОСОБНОСТЬ К ВОСПРОИЗВЕДЕНИЮ, ОБМЕН ВЕЩЕСТВ, ТЩАТЕЛЬНО РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПОТОК ЭНЕРГИИ ЯВЛЯЕТ СОБОЙ ЦЕНТР УПОРЯДОЧЕННОСТИ В МЕНЕЕ УПОРЯДОЧЕННОЙ ВСЕЛЕННОЙ» . А. ЛЯПУНОВ: «ЖИЗНЬ – ВЫСОКОУСТОЙЧИВОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЕ ДЛЯ ВЫРАБОТКИ СОХРАНЯЮЩИХ РЕАКЦИЙ ИНФОРМАЦИЮ, КОДИРУЕМУЮ СОСТОЯНИЯМИ ОТДЕЛЬНЫХ МОЛЕКУЛ» .

Эволюция Цветок Человек Летающие животные Жизнь вышла на сушу 0 18 6 Биологическая эволюция необратимое и направленное историческое развитие живой природы, сопровождающееся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, образованием и вымиранием видов… Атрибуты эволюции: самопроизвольность, необратимость, направленность 12 Фотосинтез Ядро, эукариоты,

Геохронологическая история Земли Абсолютный возраст, млн. лет назад Эра 3000 -2000 АРХЕОЗОЙСКАЯ . ПРОТЕРОЗОЙСКАЯ 580 -480 ПАЛЕОЗОЙСКАЯ 2000 - 580 Период Климат и среда Вулканизм, развитие О 2 атмосферы Рифей Венд Голая пустыня, холодно, оледенения О 2 - 1%. Образование осадочных пород Кембрий Умеренно влажный, потом сухой теплый климат, активное наступление моря 480 -420 Ордовик Умеренно влажный климат, рост температуры горообразование , в конце расширение суши 420 -400 Силур Смена сухого климат на влажный, новые горы 400 -320 Девон Смена сухих и влажных сезонов, оледенение 320 -270 Карбон Тепло и влажность сменяются сухим холодом 270 -225 Пермь Резкая зональность климата, рост суши, рифы Триас Ослабление зональности, климата 225 -185 МЕЗОЗОЙСКАЯ 185 -140 Юра Движение континентов, засуха на экваторе 140 -70 Мел Похолодание, горообразование, рост океанов 70 -25 КАЙНАЗОЙСКАЯ Палеоген 25 -1 Неоген 1 -0 Антропоген Теплый климат, горообразование Движение континентов Неоднократные смены климата, оледенение

Эволюция основных таксонов, I Возраст, млн. лет назад Эра 3500 2000 АРХЕЙ 2000 -580 ПРОТЕРОЗОЙ 580 -480 ПАЛЕОЗОЙ . Период Развитие органического мира фауна флора Возникновение жизни на Земле. Анаэробные бактерии прокариоты, одноклеточные зеленые водоросли Кишечнополостные, губки, черви Кембрий «Эволюционный взрыв» . Морские беспозвоночные (трилобиты), многоклеточные водоросли. 480 -420 Ордовик Первые бесчелюстные позвоночные 420 -400 Силур Древнейшие рыбы, аэробные на суше-скорпионы. Выход растений на сушу - псилофиты 400 -320 Девон Членистоногие (пауки, клещи), рыбы. Хвощи, папортники, грибы 320 -270 Карбон Расцвет земноводных, рептилии, летающие насекомые. Споровые , первые хвойные 270 -225 Пермь Звероподобные пресмыкающие Триас Расцвет динозавров, черепахи, крокодилы, первые млекопитающие 225 -185 МЕЗОЗОЙ 185 -140 Юра Первоптицы, голосеменные 140 -70 Мел Настоящие птицы, сумчатые и плацентарные млекопитающие, покрытосеменные 70 -25 КАЙНАЗОЙ Палеоген Расцвет насекомых, тайга, тундра

Эволюционная концепция Ламарка Механизмом эволюции Ламарк считал изначально заложенное в каждом живом организме стремление к совершенству, к прогрессивному развитию. Ламарк, как и подавляющее большинство его современников, считал, что изменения, возникающие под влиянием среды, могут передаваться по наследству. Он полагал, что усиленное упражнение органов ведет к их увеличению, а неупражнение — к дегенерации. Ж. -Б. Ламарк был первым, кто предложил развернутую концепцию трансформизма — изменяемости видов. Однако, он не нашел ответа на главный вопрос – в чем причина поразительной приспособленности и приспособляемости живых организмов. Предложенный им механизм эволюции встретил резкое неприятие большинства биологов его времени и, в известной мере, надолго скомпрометировал саму идею эволюции. . С выходом трудов Ч. Дарвина теория Ламарка забылась Жан-Батист Ламарк (1744 -1829) Создал теорию исторического развития живой природы. Разрабатывал классификацию и систематику растений и животных

Дарвинизм, I. Дарвинизм — материалистическая теория эволюции (исторического развития) органического мира Земли, основанная на воззрениях Чарльза Дарвина ПРЕДПОСЫЛКИ ДАРВИНИЗМА: Доэволюционные взгляды на многообразие живой природы Система органической природы К. Линнея (1707– 1778), (виды - роды отряды - классы) Эволюционная теория Ж. -Б. Ламарка, взгляды Ж. Бюффона, Э. Дарвина, Ж. Кювье. Теория роста народонаселения Т. Мальтуса (1766— 1834) Опыт натуралиста в кругосветном путешествии ( вьюрки, черепахи Галапагосских островов и др. ) Ч. Дарвин исходил из существования двух основных типов изменчивости: определённой, представляющей собой приспособительные реакции организмов на воздействие факторов внешней среды, и неопределённой, также возникающей под влиянием внешних факторов, но не имеющей приспособительного характера. Определённые изменения при отсутствии вызвавшего их фактора исчезают, как правило, уже в следующем поколении. Неопределённые изменения, наоборот, передаются от поколения к поколению независимо от условий среды. Чарльз Дарвин 1809 -1882 Английский учёныйнатуралист, создатель теории развития живого мира ТРУДЫ: «ДНЕВНИК ПУТЕШЕСТВИЯ НА КОРАБЛЕ БИГЛЬ» , «ПРОИСХОЖДЕНИЕ ВИДОВ ПУТЕМ ЕСТЕСТВЕННОГО ОТБОРА ИЛИ ВЫЖИВАНИЕ БЛАГОПРИЯТСТВУЕМЫХ ПОРОД В БОРЬБЕ ЗА ЖИЗНЬ» , «ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА И ПОЛОВОЙ ОТБОР» И ДР.

Дарвинизм, II Сущность дарвинизма заключается в следующих основных положениях: 1. Все виды живых существ, населяющих Землю, никогда не были кем-то созданы. 2. Возникнув естественным путем, органические формы медленно и постепенно преобразовывались и совершенствовались в соответствии с окружающими условиями. 3. В основе преобразования видов в природе лежат такие свойства организмов, как изменчивость (конечно – неопределенная, согласно которой каждая особь индивидуальна , а черты индивидуализма передаются по наследству) и наследственность. 4. В природе наблюдается перепроизводство потомства. 5. Природа осуществляет естественный отбор организмов для производства потомства через сложное взаимодействие организмов друг с другом и с факторами неживой природы; Эти взаимоотношения Дарвин назвал борьбой за существование Она происходит внутри вида, между видами и с неблагоприятными условиями окружающей среды. 6. Результатом эволюции является приспособленность организмов к условиям их обитания и многообразие видов в природе, вплоть до возникновения новых видов – единиц эволюции по Дарвину.

Антидарвинизм Д. арвинизм и естественный отбор как его сердцевина – подвергались и подвергаются массированной критике с момента их оглашения. С конца XIX выдвигаются модернизированные идеи ламаркизма: ортоламаркизм (эволюция – развертывание внутренних изначальных задатков и потенциальных возможностей); механоламаркизм – эволюция обусловлена изначальной способностью целесообразно реагировать изменениями структур и функций на изменения внешней среды, эволюционные новообразования наследуются; - психоламаркизм – причина эволюции в сознательных волевых актах организмов, которые присущи не только животным но и отдельным клеткам; Выдвигаются идеи на первый взгляд далекие от неоламаркизма: сальтационизм - план эволюции возник на начальном этапе зарождения жизни и реализуется через преобразования эмбиогенеза через сальтации – скачкообразные изменения; - генетический антидарвинизм – мутационная изменчивость отождествляется с эволюционными преобразованиями, что исключает небходимость естественного отбора. Ряд ученых утверждало, что комбинативная изменчивость – единственная причина эволюции. Наиболее нетерпима к дарвинизму – религиозная часть общества

Синтетическая теория эволюции, I Синтетическая теория эволюции (СТЭ) представляет собой синтез основных эволюционных идей Дарвина, прежде всего, идеи естественного отбора, с новыми результатами биологических исследований в области наследственности и изменчивости. Особенности СТЭ: элементарная структура эволюции – популяция (у Дарвина – особь); элементарный акт эволюции – устойчивое изменение генотипа популяции, при этом главная роль в генетическом разнообразии принадлежит рекомбинации генов. Во время созревания гамет в результате ошибок при репликации ДНК постоянно возникают мутации – новые варианты генов в популяции. -четко разграничивается микроэволюция и макроэволюция. . Микроэволюция – это совокупность эволюционных изменений, происходящих в генофондах популяций за сравнительно небольшой период времени и приводящих к образованию новых видов. Макроэволюция – эволюционные преобразования за длительный исторический период, приводящие к возникновению надвидовых форм организации живого. Как микро- так и макроэволюция происходят, в конечном итоге, под влиянием изменений в окружающей среде.

Синтетическая теория эволюции, II Основные факторы эволюции: 1. 2. 3. Мутационный процесс. Основную массу эволюционного материала составляют различные формы мутаций, изменений последовательностей нуклеотидов в ДНК, возникающих естественным, а теперь и искусственным путем. Популяционные волны ( «волны жизни» ) – количественные флуктуации численности организмов в популяции, а также области ее обитания. Обособленность (изоляция) группы организмов популяции (пространственная и биологическая) Движущая сила эволюции – естественный отбор – результат взаимодействия популяций и окружающей среды Результатом самого естественного отбора является устранение от размножения отдельных организмов, популяций видов и других уровней организации живых систем. Мутационный процесс и эволюция. МУТАЦИИ РЕКОМБИНАЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАСЛЕДСТВЕННОГО МАТЕРИАЛА ПОЛОВОЙ ПРОЦЕСС МЕЙОТИЧЕСКИЙ КРОССИНГОВЕР РАЗНОРОДНОСТЬ ПОПУЛЯЦИИ ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР НОВЫЕ ВИДЫ. Популяционные волны, изоляция и эволюция. ДИФФЕРЕНЦИРОВКА ГЕНОФОНДА ЗАКРЕПЛЕНИЕ ОТЛИЧИЙ В ПОСЛЕДУЮЩИХ ПОКОЛЕНИЯХ … ОБРАЗОВАНИЕ НОВЫХ ВИДОВ.

Синтетическая теория эволюции, III. Формы естественного отбора: - - - стабилизирующий (СО) – поддерживает в популяции среднее значение , ранее сложившегося признака или свойства (выживание заурядностей); например, размер сердца у людей не растет, ибо большому сердцу требуется интенсивное кровеснабжение его мышц, а малое не справится с нагрузками на тело; СО – оберегает сложившиеся виды от существенных изменений, от разрушающего воздействия мутационных процессов; движущий (направленный) – способствует сдвигу среднего значения признака или свойства. . Способствует закреплению новой нормы взамен старой, пришедшей в несоответствие с новыми условиями, вплоть до утраты некоторого признака. Например, распространение темноокрашенного мутанта бабочки(см. два слайда назад) утрата пальцев у копытных, конечностей у змей, глаз у пещерных. дизруптивный (разрывающий) , благоприятствующий более чем одному фенотипу и действующему против средних промежуточных форм. Например, преимущественный период икрометания рыб в некоторой популяции в связи с изменением пищевой базы для народившихся мальков декомпозировался постепенно на две части. частота значение признака

Макроэволюция Выделяют три главных направления, ведущих к биологическому прогрессу: арогенез ( морфофизиологический прогресс); аллогенез (идиоадаптация); катагенез (общая деградация) . Арогенез приобретение больших изменений – ароморфозов, предоставляющих возможности существенно расширить использование условий внешней среды, дающих начало крупным таксонам (типам, классам, отрядам). Автотрофное питание; аэробное дыхание; эукариотическая клеточная организация; половое размножение; появление челюстей у позвоночных, скелета как места прикрепления мышц, разделение артериального и венозного кровотока у птиц и млекопитающих Аллогенез – приобретение частных, специальных адаптаций – алломорфозов, полезных в борьбе за существование, но не изменяющих уровня организации. Покровительственная окраска животных, разнообразие конечностей одного отряда насекомоядных, специализации в пище, местах обитания (например, только в пещерах) и т. п. Катагенез – упрощение организации (морфологический регресс), приводящее к биологическому процветанию. Это направление связано в основном с переходом к паразитическому или сидячему образу жизни. Атрофируются корни, листья, редуцируются системы , развиваются частные приспособления (прицепки, присоски, развивается половая система)

Генетика, основные понятия, I Генетика – наука о: наследственности – способности живых организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития следующему поколению; . изменчивости - способности организмов приобретать новые признаки под воздействием различных факторов. ГЕН (в генетике) – участок молекулы ДНК , определяюший возможность развития элементарного признака (свойства) организма – ФЕНа; ГЕН – наследственный фактор живого, функционально неделимая единица наследственной информации; ГЕН – участок ДНК, ответственный за синтез того или иного белка; БЕЛОК, в первом приближении, определяет признаки (свойства) клетки, организма. ГЕНЫ располагаются в хромосомах. Хромосома представляет собой комплекс ДНК и белков. ДНК содержит генетическую информацию, необходимую для создания и функционирования организма, а белки упаковывают ДНК. Хромосомы в ядрах клеток размещаются попарно, пары хромосом называются гомологичными. Гены, расположенные в одних и тех же локусах гомологичных хромосом и Так выглядят хромосомы ответственные за развитие одного признака Гомологичные локусы, в них при сильном называются аллельными; Как правило располагаются аллельные гены увеличении аллельные гены существуют в двух вариантах : доминантные и рецессивные. Если присутствуют два одинаковых гена, это соответствует гомозиготе, если разные – гетерозиготе.

Генетика, основные понятия, II Для обозначения суммарной ДНК гаплоидного набора хромосом и каждого из внехромосомных . генетических элементов, содержащихся в отдельной клетке зародышевой линии многоклеточного организма используют понятие ГЕНОМ. В определении генома отдельного биологического вида необходимо учитывать, во-первых, генетические различия, связанные с полом организма, поскольку мужские и женские половые хромосомы различаются. Во-вторых, из-за громадного числа аллельных вариантов генов и сопутствующих последовательностей, которые присутствуют в генофонде больших популяций, можно говорить лишь о некоем усреднённом геноме, который сам по себе может обладать существенными отличиями от геномов отдельных особей. Размеры геномов организмов разных видов значительно отличаются друг от друга, и часто не наблюдается корреляции между уровнем эволюционной сложности биологического вида и размером его генома. Совокупность всех генов организма называется генотипом; ГЕНОТИП – система взаимодействующих генов; ФЕНОТИП – совокупность всех признаков (свойств) организма. Фенотип определяется генотипом и условиями взаимодействия организма с окружающей его средой. КАРИОТИП — совокупность признаков (число, размеры, форма и т. д. ) полного набора хромосом, присущий клеткам данного биологического вида (видовой кариотип), данного организма (индивидуальный кариотип) или линии (клона) клеток.

Наследственность, I Основные закономерности передачи наследственных признаков от родителей к потомкам были установлены Г. Менделем во второй половине XIX в. Мендель наблюдал наследование одной пары или небольшого числа альтернативных (взаимоисключающих) пар признаков у сортов садового гороха, а именно: белые и красные цветки; низкий и высокий рост; желтые и зеленые, гладкие и морщинистые семена гороха и т. п. Такие контрастные признаки называются аллелями, а термин “аллель” и “ген” употребляют сейчас часто как синонимы. . ЗАКОНЫ МЕНДЕЛЯ 1 -Й: ЕДИНООБРАЗИЯ ГИБРИДОВ ПЕРВОГО ПОКОЛЕНИЯ При скрещивании двух организмов , относящихся к разным чистым линиям и отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков, всё первое поколение гибридов окажется единообразным и будет нести признак одного из родителей (в формулировке автора) Грегор Иоганн Мендель (1822— 1884), австрийский биолог и ботаник, основоположник генетики 2 -Й: РАСЩЕПЛЕНИЯ ПРИЗНАКОВ ГИБРИДОВ ВТОРОГО И ПОСЛЕДУЮЩИХ ПОКОЛЕНИЙ При скрещивании двух потомков первого поколения (двух гетерозиготных особей) во втором поколении наблюдается расщепление в определенном числовом соотношении: по фенотипу 3: 1, по генотипу: 1: 2: 1 (в современной формулировке). 3 -Й: НЕЗАВИСИМОГО ПРОЯВЛЕНИЯ ПРИЗНАКОВ При скрещивании двух гомозиготных особей, отличающихся по двум и более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируют во всевозможных сочетаниях. Примечание: позже было установлено, что 3 -й закон – ошибочен, причина: Мендель для опытов использовал признаки гороха, соответствующие гены для которых находились на разных хромосомах

Наследственность, II ХРОМОСОМНАЯ ТЕОРИЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ (МОРГАНА) 1– НАСЛЕДОВАНИЕ ПРИЗНАКОВ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПОХРОМОСОМНО Гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются преимущественно вместе ( взамен 3 -го закона Менделя ) Такие гены (по Моргану) называются сцеплеными, а все гены одной хромосомы – группой сцепления. 2 – НАСЛЕДОВАНИЕ ПРИЗНАКОВ ЗАВИСИТ ОТ ОБМЕНА ГЕНАМИ ПРИ КРОССИНГОВЕРЕ; Р ♀ х ♂ . фенотип серая длиннокрылая(СД) черная короткокрылая(ЧК) генотип АВ аb аb аb F 1 фенотип 1 серая длиннокрылая : 1 черная короткокрылая генотип АВ аb аb аb На практике: 41, 5% СД: 41, 5%ЧК: 8, 5% СК: 8, 5%ЧД (кроссинговер) 3 – СУЩЕСТВУЮТ СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ НАСЛЕДОВАНИЯ. Е. СТРАСБУРГЕР – открыл МИТОЗ -1876 г. Е. ВАН БЕНЕДЕН – открыл МЕЙОЗ – 1887 г. ФРИЗ (ГОЛЛАНДИЯ), КОРРЕНС(ГЕРМАНИЯ), ЧЕРПАК (АВСТРИЯ) – ПЕРЕОТКРЫТИЕ ЗАКОНОВ МЕНДЕЛЯ в 1900 г. - МНОЖЕСТВЕННЫЙ АЛЛЕЛИЗМ (≥ 3 вариантов аллели, например, группа крови); ВНЕЯДЕРНОЕ НАСЛЕДОВАНИЕ (митохоиндральные и пластидные гены); - НЕПОЛНОЕ ДОМИНИРОВАНИЕ (признак гибрида промежуточный); - ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕАЛЛЕЛЬНЫХ ГЕНОВ (полимерия (несколько генов определяют один признак), эпистаз, комплементарное действие (взаимодополняемость неаллельных генов), плейотропия (один ген определяет ряд признаков)).

Наследственность, III ГЕНЕТИКА ПОЛА В половых хромосомах помимо генов, определяющих половую принадлежность, содержатся гены, не имеющие отношения к признакам того или иного пола. Например, размер глаз, длина ресниц, острота зрения, сумеречное зрение, оволосение, форма волос, цвет волос, рост, наличие зубов, свертываемость крови, ногти на пальцах, тембр голоса, количество пальцев и др. признаки соответствуют генам, локализуемым в половых хромосомах. При локализации гена в Yхромосоме признаки передается только от отца к сыну, при локализации в Х-хромосоме признак, в общем случае, Хромосомы, гомологичные у обеих полов можно унаследовать и сыну, и дочери от любого называют АУТОСОМЫ родителя. Аллельные гены в таких хромосомах Пример наследования гемофилии обозначают А, а, В, в. Хромосомы, по которым мужской и женский пол Р ♀ х ♂ отличаются друг от друга, называют Генотип: ХH Хh ХH Y ПОЛОВЫМИ, их обозначают как Х, У. При Фенотип: нормальная свертываемость этом ГОМОГАМЕТНЫЙ пол – ХХ, содержит Гаметы: ХH , Хh ХH , Y две хромосомы Х (млекопитающие – женский, бабочки, пресмыкающиеся, F 1 птицы – мужской) Генотип: ХH ХH : ХH Y : ХH Хh : Хh Y ГЕТЕРОГАМЕТНЫЙ пол – ХY. Фенотип: половина мальчиков от такого Аллели могут быть только у хромосомы Х брака будет страдать гемофилией (доминантная – ХН, ХD, . . . , рецессивная Генотип Хh Xh – летальный, таких женщин нет. Хh, Xd, . . ).

Изменчивость, I НЕНАСЛЕДУЕМАЯ (фенотипическая, модификационная, определенная, групповая) Это эволюционно закрепленные реакции организма на изменения условий внешней среды при неизменном генотипе. - Не передается по наследству - Затрагивает только фенотип - Определяется условиями существования - Часто носит приспособительный характер к условиям среды - Наблюдается в пределах нормы реакции НАСЛЕДУЕМАЯ (генотипическая, неопределенная индивидуальная) К наследственной изменчивости относят изменения признаков организма, которые определяются генотипом и сохраняются в ряду поколений. Ч. Дарвин считал наследственную изменчивость особей одним из главных движущих факторов процесса эволюции. Различают два типа наследуемой изменчивости: а) МУТАЦИОННАЯ - Обусловлена изменением структуры гена, (т. е. последовательности нуклеотидов в ДНК) или хромосом. Возникает под действием природных факторов – мутагенов, и как сбои в процессе формирования половых клеток – гамет б) КОМБИНАТИВНАЯ За счет перегруппировки хромосом в процессе полового размножения и участков хромосом в процессе кроссинговера. Меняются сочетания генов и характер их взаимодействия в генотипе.

Изменчивость, II Классификация мутаций . . По изменению генотипа: генные (замена одного основания в нуклеотидах, изменение числа нуклеотидов в гене с полным нарушением последовательности аминокислот в белке); хромосомные (делеция – А, Б, В, Г, Д, Е → А, Б, В, Г, Д, обычно летальна; дупликация – А, Б, В, Г, Д → А, Б, В, Г, Д; инверсия – А, Б, В, Г, Д, Е → А, Б, Д, Г, В, Е; транслокация– А, Б, В, Г, Д → К, Л, М, Г, Д К, Л, М, Н, О →А, Б, В, Н, О ( обмен участками негомологичных хромосом); транспозиция – Б, В, Г…М, Н, О → Б, В, М, Г…Н, О; геномные (автополиплодия – кратное увеличение числа хромосом (триплоиды, тетраплоиды), анэуплоидия - некратное увеличение или уменьшение числа хромосом вследствие нерасхождения пары гомологичных хромосом при мейозе. По изменению фенотипа: морфологические, биохимические, физиологические, летальные. По отношению к генеративному пути: соматические, генеративные (в соматических и половых клетках). По поведениюв гетерозиготе: доминантные, рецессивные По локализации в клетке: ядерные, цитоплазматические (последние в митохондриях и пластидах) По причинам возникновения: спонтанные, индуцированные Свойства мутаций скачкообразно, случайно под действием многочисленных факторов - Наследственны, стойко передаются из поколения в поколения - Не направлены – мутировать может любой локус, в том числе неоднократно - По проявлению полезны (редко), вредны (часто), безразличны (иногда) - Возникают

Изменчивость, III ГЕНОТИП ЧЕЛОВЕКА 2 х 22 S + ХХ - у женщин; 2 х 22 S +ХY- у мужчин; В ГАМЕТАХ 22 S + Х ИЛИ 22 S + Y Геномные мутации связаны с нарушением числа хромосом в кариотипе и могут быть двух видов: полиплоидными и анеуплоидными. Механизм возникновения геномных мутаций связан с патологией нарушения нормального расхождения хромосом в мейозе (анафаза- и анафаза-II), в результате чего образуются аномальные гаметы (по количеству хромосом), после оплодотворения которых возникают гетероплоидяые зиготы. Существенная разница при этом наблюдается в случаях патологии для неполовых и половых хромосом. ДЛЯ НЕПОЛОВЫХ ХРОМОСОМ - НУЛЛИСОМИЯ (отсутствие пары хромосом) – на практике не обнаружена - ГАПЛОДИЯ – отсутствие хромосомы в их гомологичной паре, не совместима с жизнью - ТРИСОМИЯ (три гомологичные хромосомы): по 21 -й паре – синдром Дауна, по 18 -й – синдром Эдварда, по 13 -й – синдром Патау, другие – летальны. - ТЕТРАПЛОИДЫ – живут несколько месяцев. ДЛЯ ПОЛОВЫХ ХРОМОСОМ - ТРИСОМИЯ: 47 ХХY И 47 ХYY ( синдром Клайнфельтера), 47 ХХY – женоподобные мужчины, бесплодны, психически нормальны, болтливы, 47 ХYY – нормальные мужчины, умственно и психически полноценные, склонны к взрывной агрессии. - ГАПЛОДИЯ 45 Х 0 (синдром Шаришевского – Тернера), умственно нормальные женщины, пребывают в состоянии легкой эйфории, стерильны. - 47 ХХХ – нормальные женщины , фертильны; - 48 ХХХХ – умственно недостаточные женщины; - 49 ХХХХХ – тяжёлое поражение женского организма.