Разнообразие организмов одноклеточные и многоклеточные автотрофы гетеротрофы вирусы неклеточные формы жизни

Обновлено: 13.05.2024

3.1. Разнообразие организмов: одноклеточные и многоклеточные; автотрофы (хемотрофы, фототрофы), гетеротрофы (сапротрофы, паразиты, симбионты). Вирусы – неклеточные формы. Заболевание СПИД и ВИЧ-инфекция. Меры профилактики распространения вирусных заболеваний.

3.2. Воспроизведение организмов, его значение. Способы размножения, сходство и отличие полового и бесполого размножения. Использование полового и бесполого размножения в практической деятельности человека. Роль мейоза и оплодотворения в обеспечении постоянства числа хромосом в поколениях. Применение искусственного оплодотворения у растений и животных.

3.3. Онтогенез и присущие ему закономерности. Специализация клеток, образование тканей, органов. Эмбриональное и постэмбриональное развитие организмов. Жизненные циклы и чередование поколений. Причины нарушения развития организмов.

3.4. Генетика, ее задачи. Наследственность и изменчивость – свойства организмов. Основные генетические понятия.

3.5. Закономерности наследственности, их цитологические основы. Моно– и дигибридное скрещивание. Закономерности наследования, установленные Г. Менделем. Сцепленное наследование признаков, нарушение сцепления генов. Законы Т. Моргана. Хромосомная теория наследственности. Генетика пола. Наследование признаков, сцепленных с полом. Генотип как целостная система. Развитие знаний о генотипе. Геном человека. Взаимодействие генов. Решение генетических задач. Составление схем скрещивания. Законы Г. Менделя и их цитологические основы.

3.6. Изменчивость признаков у организмов: модификационная, мутационная, комбинативная. Виды мутаций и их причины. Значение изменчивости в жизни организмов и в эволюции. Норма реакции.

3.6.1. Изменчивость, ее виды и биологическое значение.

3.7. Вредное влияние мутагенов, алкоголя, наркотиков, никотина на генетический аппарат клетки. Защита среды от загрязнения мутагенами. Выявление источников мутагенов в окружающей среде (косвенно) и оценка возможных последствий их влияния на собственный организм. Наследственные болезни человека, их причины, профилактика.

3.7.1. Мутагены, мутагенез.

3.8. Селекция, ее задачи и практическое значение. Учение Н.И. Вавилова о центрах многообразия и происхождения культурных растений. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. Методы выведения новых сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов. Значение генетики для селекции. Биологические основы выращивания культурных растений и домашних животных.

3.8.1. Генетика и селекция.

3.8.2. Методы работы И.В. Мичурина.

3.8.3. Центры происхождения культурных растений.

3.9. Биотехнология, клеточная и генная инженерия, клонирование. Роль клеточной теории в становлении и развитии биотехнологии. Значение биотехнологии для развития селекции, сельского хозяйства, микробиологической промышленности, сохранения генофонда планеты. Этические аспекты развития некоторых исследований в биотехнологии (клонирование человека, направленные изменения генома).

3.9.1. Клеточная и генная инженерия. Биотехнология.

Разнообразие организмов: одноклеточные и многоклеточные; автотрофы, гетеротрофы.

Одноклеточные и многоклеточные организмы

Необычайное разнообразие живых существ на планете вынуждает находить различные критерии для их классификации. Так, их относят к клеточным и неклеточным формам жизни, поскольку клетки являются единицей строения почти всех известных организмов — растений, животных, грибов и бактерий, тогда как вирусы являются неклеточными формами.

В зависимости от количества клеток, входящих в состав организма, и степени их взаимодействия выделяют одноклеточные, колониальные и многоклеточные организмы. Несмотря на то, что все клетки сходны морфологически и способны осуществлять обычные функции клетки (обмен веществ, поддержание гомеостаза, развитие и др.), клетки одноклеточных организмов выполняют функции целостного организма. Деление клетки у одноклеточных влечет за собой увеличение количества особей, а в их жизненном цикле отсутствуют многоклеточные стадии. В целом у одноклеточных организмов совпадают клеточный и организменный уровни организации. Одноклеточными является подавляющее большинство бактерий, часть животных (простейшие), растений (некоторые водоросли) и грибов. Некоторые систематики даже предлагают выделить одноклеточные организмы в особое царство — протистов.

Колониальными называют организмы, у которых в процессе бесполого размножения дочерние особи остаются соединенными с материнским организмом, образуя более или менее сложное объединение — колонию. Кроме колоний многоклеточных организмов, таких как коралловые полипы, имеются и колонии одноклеточных, в частности водоросли пандорина и эвдорина. Колониальные организмы, по-видимому, были промежуточным звеном в процессе возникновения многоклеточных.
Многоклеточные организмы, вне всякого сомнения, обладают более высоким уровнем организации, чем одноклеточные, поскольку их тело образовано множеством клеток. В отличие от колониальных, которые также могут иметь более одной клетки, у многоклеточных организмов клетки специализируются на выполнении различных функций, что отражается и в их строении. Платой за эту специализацию является утрата их клетками способности к самостоятельному существованию, а зачастую и к воспроизведению себе подобных. Деление отдельной клетки приводит к росту многоклеточного организма, но не к его размножению. Онтогенез многоклеточных характеризуется процессом дробления оплодотворенной яйцеклетки на множество клеток-бластомеров, из которых в дальнейшем формируется организм с дифференцированными тканями и органами. Многоклеточные организмы, как правило, крупнее одноклеточных. Увеличение размеров тела по отношению к их поверхности способствовало усложнению и совершенствованию процессов обмена, формированию внутренней среды и, в конечном итоге, обеспечило им большую устойчивость к воздействиям окружающей среды (гомеостаз). Таким образом, многоклеточные обладают рядом преимуществ в организации по сравнению с одноклеточными и представляют собой качественный скачок в процессе эволюции. Многоклеточными являются немногие бактерии, большинство растений, животных и грибов.
Автотрофы и гетеротрофы
По способу питания все организмы делятся на автотрофов и гетеротрофов. Автотрофы способны самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических, а гетеротрофы используют исключительно готовые органические вещества.

Часть автотрофов может использовать для синтеза органических соединений энергию света — такие организмы называются фотоавтотрофами, они способны осуществлять фотосинтез. Фото-автотрофами являются растения и часть бактерий. К ним тесно примыкают хемоавтотрофы, которые извлекают энергию путем окисления неорганических соединений в процессе хемосинтеза — это некоторые бактерии.

К гетеротрофам относятся как животные, так и грибы, бактерии и даже лишенные хлорофилла растения. Среди гетеротрофов имеются паразиты, сапротрофы, симбионты, хищники и т. д.

Паразиты — это организмы, использующие другие организмы (хозяев) в качестве среды обитания и источника питания. Характерными представителями этой группы гетеротрофов являются черви-паразиты кишечника человека — бычий цепень, острица и др.

Сапротрофами называют гетеротрофные организмы, осуществляющие питание органическими остатками. Они играют важную роль в круговороте веществ в природе, поскольку обеспечивают завершение существования органических веществ в природе, разлагая их до неорганических. Тем самым сапротрофы участвуют в процессах почвообразования, очистки вод и т. п. К сапротро-фам относятся многие грибы и бактерии, а также некоторые растения и животные.

Симбионтами называют разноименные организмы, сосуществующие и взаимодействующие на различной основе. В широком смысле симбиозом называют не только взаимовыгодное сосуществование (мутуализм), как у человека с его бактериальной микрофлорой кишечника, но и негативное действие со стороны одного из партнеров — паразитизм.
Вирусы — неклеточные формы жизни
Характеристика вирусов
Наряду с клеточной формой жизни существуют также и неклеточные ее формы — вирусы, вироиды и прионы. Вирусами (от лат. вира — яд) называют мельчайшие живые объекты, неспособные к проявлению каких-либо признаков жизни вне клеток. Факт их существования был доказан еще в 1892 году русским ученым Д. И. Ивановским, установившим, что болезнь растений табака — так называемая табачная мозаика — вызывается необычным возбудителем, который проходит через бактериальные фильтры (рис. 3.1), однако только в 1917 году Ф. д'Эррель выделил первый вирус — бактериофаг. Вирусы изучает наука вирусология (от лат. вира — яд и греч. логос — слово, наука).

Вирусы существуют в двух формах: покоящейся, или внеклеточной, и воспроизводящейся, или внутриклеточной. Свободноживущих вирусов не существует, все они внутриклеточные паразиты на генетическом уровне.

В наше время известно уже около 1000 вирусов, которые классифицируют по объектам поражения, форме и другим признакам, однако наиболее распространенной является классификация по особенностям химического состава и строения вирусов.

Особенности объектов поражения предопределяют подразделение вирусов на две большие группы: собственно вирусы и бактериофаги. Первые являются паразитами эукариотических клеток (животных, растений и грибов), а вторые — только клеток бактерий.

В отличие от клеточных организмов, вирусы состоят только из органических веществ — в основном нуклеиновых кислот и белка, однако часть вирусов содержит также липиды и углеводы.

В отличие от клеточных форм жизни, у которых имеется и ДНК, и РНК, в вирусах присутствует только один вид нуклеиновой кислоты (либо ДНК, либо РНК), поэтому их делят на ДНК-Вирусы оспы, простого герпеса, аденовирусы, некоторые вирусы гепатита и бактериофаги) и РНК-содержащие вирусы (вирусы табачной мозаики, ВИЧ, энцефалита, кори, краснухи, бешенства, гриппа, остальные вирусы гепатита, бактериофаги и др.). У одних вирусов ДНК может быть представлена одноцепочечной молекулой, а РНК — двухцепочечной.

Так как вирусы лишены органоидов движения, заражение происходит при непосредственном контакте вируса с клеткой. В основном это происходит воздушно-капельным путем (грипп), через пищеварительную систему (гепатиты), кровь (ВИЧ) или переносчика (вирус энцефалита).

Вирусы не только угнетают синтез собственных макромолекул в клетке, но и способны вызывать повреждение клеточных структур, особенно во время массового выхода из клетки. Это приводит, например, к массовой гибели промышленных культур молочнокислых бактерий в случае поражения некоторыми бактериофагами, нарушения иммунитета вследствие уничтожения ВИЧ Т4-лимфоцитов, представляющих собой одно из центральных звеньев защитных сил организма, к многочисленным кровоизлияниям и гибели человека в результате заражения вирусом Эбола, к перерождению клетки и образованию раковой опухоли и т. д.

Несмотря на то, что проникшие в клетку вирусы часто быстро подавляют ее системы репарации и вызывают гибель, вероятен также и иной сценарий развития событий — активация защитных сил организма, которая связана с синтезом противовирусных белков, например интерферона и иммуноглобулинов. При этом размножение вируса прерывается, новые вирусные частицы не образуются, а остатки вируса выводятся из клетки.

Происхождение вирусов не совсем ясно, однако полагают, что вирусы и бактериофаги — это обособившиеся генетические элементы клеток (например, плазмиды бактерий), которые эволюционировали вместе с клеточными формами жизни. Существуют также гипотезы упрощения про-кариотических организмов вследствие паразитирования, доклеточного происхождения вирусов и занесения их из космоса.

В наше время вирусы широко используют в изучении строения и функций генетического аппарата, а также принципов и механизмов реализации наследственной информации, они применяются как инструмент генетической инженерии и биологической борьбы с возбудителями некоторых заболеваний растений, грибов, животных и человека.
Заболевание СПИД и ВИЧ-инфекция
ВИЧ (вирус иммунодефицита человека) был обнаружен только в начале 80-х годов XX века, однако скорость распространения вызываемого им заболевания и невозможность излечения на данном этапе развития медицины заставляют уделять ему повышенное внимание. В 2008 году Ф. Барре-Синусси и Л. Монтанье за исследование ВИЧ была присуждена Нобелевская премия в области физиологии и медицины.

ВИЧ-инфекция имеет несколько стадий, при этом длительный период человек может быть носителем заболевания и заражать других людей, однако сколько бы ни длился этот период, все равно наступает последняя стадия, которая называется синдромом приобретенного иммунодефицита, или СПИДом.

Заболевание характеризуется снижением, а затем и полной потерей иммунитета организма ко всем возбудителям заболеваний. Признаками СПИДа являются хроническое поражение слизистых оболочек полости рта и кожи возбудителями вирусных и грибковых заболеваний (герпесом, дрожжевыми грибами и т. д.), тяжелая пневмония и другие СПИД-ассоциированные заболевания.

ВИЧ передается половым путем, через кровь и другие жидкости организма, но не передается через рукопожатия и бытовые предметы. В первое время в нашей стране инфицирование ВИЧ чаще было сопряжено с неразборчивыми^ половыми контактами, особенно гомосексуальными, инъекционной наркоманией, переливанием зараженной крови, в настоящее же время эпидемия вышла за пределы групп риска и быстро распространяется на другие категории населения.

Основными средствами профилактики распространения ВИЧ-инфекции являются использование презервативов, разборчивость в половых связях и отказ от употребления наркотиков.

Человек с давних времен стремился создать целостную картину живого мира. Предпринимались попытки систематизировать и классифицировать существующие на Земле организмы. Со временем, представление об органическом мире расширялась и менялась таксономия. Современная систематика построена совершенно, но в нее также вносятся коррективы. Многие живые существа еще не изучены и эти формы жизни остаются кусочками неразгаданной Атлантиды.

Многообразие организмов

Чтобы систематизировать живые существа и создать стройный порядок их взаимоотношений создана наука систематика, которая классифицирует организмы по группам. Критерии, которыми пользуется систематика, чтобы обозначить место каждого живого организма:

уровень организации;
способ питания;
особенности строения;
жизнедеятельность.

Это обобщенное представление, поскольку критерии оценки организма проводятся тщательно, учитывая уникальные особенности каждого живого существа. Это необходимо, чтобы конкретный экземпляр нашел предназначенное ему место в стройной классификации живого мира. Систематика создает целостную, естественную и филогенетическую систему с учетом признаков, объединяющих живых существ, и общности происхождения.

Царство – крупная таксономическая категория. Систематики разделяют все организмы на 5 царств - это общепринятая точка зрения. Если судить о клеточном строении живых организмов, вариантах жизнедеятельности, рассматривать общие представления о живой материи, то существует 5 природных царства: вирусы, бактерии, грибы, растения и животные. Все они распределены на 2 надцарства – прокариоты и эукариоты. Однако, ряд систематиков выделяет до 22 царств. Единая точка зрения по этому вопросу до конца не выработана.

Особенности представителей царств:

Вирусы существуют в двух формах: покоящейся (неклеточной) и воспроизводящейся (внутриклеточной). Свободноживущих вирусов нет, все они — внутриклеточные паразиты на генетическом уровне. Собственно вирусы являются паразитами эукариотических клеток, а бактериофаги паразитируют только на клетках бактерий

Непосредственно в клетку вирусы могут попадать случайно с жидкостью, поглощаемой путем пицоцитоза, однако чаще их проникновению предшествует контакт с мембраной клетки-хозяина. Большинство вирусов проникает не в любую клетку организма-хозяина, а в строго определенную: вирусы гепатита — в клетки печени, риновирусы — в клетки слизистой оболочки верхних дыхательных путей

3.2. Воспроизведение организмов, его значение. Способы размножения, сходство и отличие полового и бесполого размножения. Оплодотворение у цветковых растений и позвоночных животных. Внешнее и внутреннее оплодотворение

Воспроизведение — способность организмов образовывать себе подобных (потомство) — является одним из важнейших свойств жизни

Размножение — это воспроизведение генетически сходных особей данного вида, которое характеризуется увеличением числа особей в дочернем поколении по сравнению с поколением родителей. При размножении обеспечивается преемственность и непрерывность жизни. Преемственность заключается в том, что в процессе воспроизведения дочернему поколению передается вся генетическая информация, заложенная в родительском поколении.

Партеногенез — развитие нового организма из неоплодотво- ренной яйцеклетки. Полиэмбриония — разделение зародыша, сформировавшегося в том числе и в результате оплодотворения, на несколько зародышей

Сравнительная характеристика полового и бесполого размножения

Половое размножение

Бесполое размножение

Гаметы, продуцированные обоими родителями

Одна или несколько соматических одного организма

Генетически отлично от родителей

Генетически однородно и не отличается от родителей (если нет соматических мутаций)

Основной механизм деления

Увеличение численности особей

Быстрое воспроизведение большого числа потомков

Способствует генетическому разнообразию; создает предпосылки для освоения разнообразных условий существования, дает эволюционные перспективы

Усиливает роль стабилизирующих функций естественного отбора; способствует сохранению наибольшей приспособленности к условиям существования

Оплодотворение — процесс слияния женской и мужской гамет и образования зиготы

У животных различают внешнее и внутреннее оплодотворение. При внешнем оплодотворении гаметы сливаются вне организма (например, у рыб и многих земноводных этот процесс протекает в воде). При внутреннем оплодотворении слияние половых клеток происходит внутри организма (у пресмыкающихся, птиц, млекопитающих), что уменьшает вероятность гибели половых клеток, а зигота оказывается защищенной материнским организмом

Оплодотворение у растений и животных протекает однотипно, что является одним из доказательств единства происхождения всей живой природы. Оплодотворение у цветковых растений было открыто в 1898 г. С. Г. Навашиным. Оно называется двойным, так как в этом процессе принимают участие два спермия. Оплодотворение происходит в завязи пестика цветка, которая содержит зародышевый мешок.

После оплодотворения из семязачатка образуется семя, а из завязи — плод. Зигота растет, путем митотических делений превращается в многоклеточный зародыш. Кратное увеличение числа хромосом в эндосперме повышает интенсивность обмена веществ и ускоряет рост клеток эндосперма

Оплодотворение — процесс слияния женской и мужской гамет и образования зиготы

3.3. Онтогенез и присущие ему закономерности. Эмбриональное и постэмбриональное развитие организмов. Причины нарушения развития организмов

Онтогенез — индивидуальное развитие организма — период от рождения (момента образования зиготы) до смерти

Рост особей вида зависит от наследственных закономерностей, регулирующих механизмов организма и внешних условий. У животных рост регулируется нейрогормонами; у растений — фитогормонами.

Важное значение для реализации онтогенеза имеет регенерация — процессы восстановления утраченных или поврежденных частей, а также восстановления целостного организма из отдельной его части

Метаморфоз — процесс постэмбрионального созревания, при котором наблюдаются быстрые изменения, происходящие при переходе от личиночной стадии к взрослой форме. У беспозвоночных животных метаморфоз встречается очень часто (бабочки, жуки, мухи, пчелы)

Жизненный цикл — последовательность стадий развития, через которые проходят представители вида от зиготы одного поколения до зиготы следующего

3.4. Генетика, ее задачи. Наследственность и изменчивость — свойства организмов. Методы генетики. Основные генетические понятия и символика. Хромосомная теория наследственности. Современные представления о гене и геноме

Сцепленное наследование — совместное наследование генов, находящихся в одной хромосоме. Явление сцепления было изучено Т. Морганом. При сцепленном наследовании наблюдается явление кроссинговера — перекреста гомологичных хромосом в процессе мейоза и обмен участками между хромосомами

Гомогаметный пол — пол, сформированный гаметами, одинаковыми по половой хромосоме. У человека, млекопитающих, дрозофилы гомогаметен женский пол, у бабочек, пресмыкающихся и птиц — мужской.

Гетерогаметный пол — пол, сформированный гаметами, неодинаковыми по половой хромосоме

Пол организма определяется в момент зачатия; вероятность рождения самца или самки равна 1:1

Некоторые гены находятся в половых хромосомах, которые неодинаковы у особей разного пола, поэтому наследование кодируемых ими признаков имеет свои особенности: сцепленные с полом признаки матери проявляются у сыновей уже в первом поколении, а признаки отцов — у дочерей. Если же какой-либо признак закодирован в гене Y-хромосомы, то он будет передаваться только по мужской линии.

Генотип — целостная система взаимодействующих генов организма. Гены могут наследоваться независимо либо находиться в тесном взаимодействии друг с другом. Целостность генотипа сформировалась в процессе эволюции вида

Законы наследственности применимы не только к растениям и животным, но и к человеку. От родителей ребенок получает набор генов, определяющих развитие всех признаков. У человека, как и у других организмов, есть доминантные и рецессивные признаки

Методы изучения генетики человека

Генеалогический метод — изучение родословной человека для выявления распространения какого-либо признака или наследственного заболевания, установление наследственного характера определенных способностей человека

Цитогенетический метод — исследование структуры хромосом. Хромосомы, окрашенные специальными красителями, рассматривают под микроскопом. Используют для изучения наследственных заболеваний, связанных с нарушениями структуры хромосом

Близнецовый метод — сравнение характера проявления одних и тех же признаков у близнецов. Используется для выявления роли наследственности и среды в развитии тех или иных признаков

Биохимический метод — выявление нарушений обмена веществ при некоторых наследственных заболеваниях

Онтогенетический метод — используется для выяснения механизма развития наследственных заболеваний в онтогенезе, что важно для их лечения и профилактики

Популяционный метод — изучение распространения отдельных генов или хромосомных аномалий в человеческих популяциях

Особенности изучения генетики человека

Невозможность произвольного скрещивания. Позднее наступление половой зрелости. Небольшое число детей у большинства супружеских пар. Невозможность уравнивания условий жизни для потомства.

3.6. Закономерности изменчивости. Ненаследственная (модификационная) изменчивость. Норма реакции. Наследственная изменчивость: мутационная, комбинативная. Виды мутаций и их причины. Значение изменчивости в жизни организмов и в эволюции

аутосомно-доми- нантный;
аутосомно-рецес- сивный;
сцепленное с полом наследование.

нижняя челюсть и ротовое отверстие маленькие;
глазные щели узкие и короткие;

ушные раковины деформированы;
наружный слуховой проход сужен. Пороки развития сердца и крупных сосудов; выраженная умственная отсталость; снижение мышечного тонуса

врожденное отсутствие пигмента в коже и ее придатках;
апигментация радужной и пигментной оболочек глаз

3.8. Селекция, ее задачи и практическое значение. Вклад Н. И. Вавилова в развитие селекции. Методы селекции и их генетические основы. Методы выведения новых сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов. Значение генетики для селекции. Биологические основы выращивания культурных растений и домашних животных

Селекция — это наука о методах создания пород домашних животных, сортов культурных растений и штаммов микроорганизмов с требующимися человеку свойствами. Под селекцией понимают и сам процесс изменения живых организмов, осуществляемый человеком с целью сохранения и изучения свойств

Порода (сорт, штамм) — это популяция организмов, искусственно созданная человеком и характеризующаяся специфическим генофондом, наследственно закрепленными морфологическими и физиологическими признаками, определенным уровнем и характером продуктивности

3.9. Биотехнология, ее направления. Клеточная и генная инженерия, клонирование. Роль клеточной теории в становлении и развитии биотехнологии. Значение биотехнологии для развития селекции, сельского хозяйства, микробиологической промышленности, сохранения генофонда планеты. Этические аспекты развития некоторых исследований в биотехнологии (клонирование человека, направленные изменения генома)

Биотехнология — использование живых организмов и биологических процессов в промышленности и сельском хозяйстве; производство необходимых для человека веществ с использованием достижений микробиологии и биохимии

Генная инженерия — это отрасль молекулярной биологии и генетики, задачей которой является конструирование генетических структур по заранее намеченному плану, создание организмов с новой генетической программой

Клеточная инженерия — это метод конструирования клеток нового типа на основе их культивирования, гибридизации и реконструкции. При этом в клетки вводят новые хромосомы, ядра и другие клеточные структуры

Читайте также: