Биология как наука о живых системах

2.

Возникновение жизни на земле

а) Гипотезы происхождения жизни

1) Панспермия – жизнь занесена из космоса либо в виде спор микроорганизмов, либо путем намеренного «заселения» планеты разумными пришельцами из других миров.

2) Случайная – 1916 Умов – жизнь возникла на земле, когда сложилась благоприятная совокупность - физическая и химическая.

3) Идеалистическая – под влиянием творца.

б) Этапы развития жизни на земле

1) предбиологическая эволюция – до возникновения жизни.

2) биологическая эволюция – этап до появления человека;

3) социальная эволюция – это развитие человеческого общества.

в) Предбиологический этап

На этом этапе протекали реакции полимеризации, которые могли активизироваться при значительном увеличении концентрации раствора (пересыхание водоема) и даже во влажном песке. В конечном счете сложные органические соединения формировали белково-нуклеиново-липоидные комплексы. В результате предбиологического естественного отбора появились первые примитивные живые организмы, которые вступили в биологический естественный отбор и дали начало всему органическому миру на Земле. Жизнь, очевидно, развивалась в водной среде на некоторой глубине, так как единственной защитой от ультрафиолетового излучения была вода.

г) Биологический этап

Большинство ученых считают, что первые примитивные живые организмы были близки по строению к прокариотам, они были гетеротрофами. При увеличении их численности запас органических соединений в первичном океане истощался. В этих условиях обострилась конкуренция между древними прокариотами, которая, с одной стороны, способствовала усложнению их строения, с другой — привела к появлению новых способов получения энергии для жизненных процессов: появление автотрофного способа питания (хемосинтез и фотосинтез) и фиксация атмосферного азота. Организмы, способные к автотрофности получили значительные преимущества в конкурентной борьбе.

В результате фотосинтеза в земной атмосфере начал накапливаться кислород. Это привело к смене восстановительной атмосферы планеты на окислительную, что явилось предпосылкой для возникновения нового типа энергетических процессов — дыхания.

Способность синтезировать при дыхании большее количество АТФ позволила организмам расти и размножаться быстрее, а также усложнять свои структуры и обмен веществ.

д) Социальная эволюция

Это процесс структурной реорганизации во времени, в результате которой возникает социальная форма или структура, качественно отличающаяся от предшествующей формы.

Реализует себя через развитие и изменение общественных структур: экономическое, социальное, политическое, духовное развития.

Клеточная теория

а) История формирования представления о клетке и её строении

1665 год - Гук описал строение пробки, на тонких срезах которой он нашёл правильно расположенные пустоты. Эти пустоты Гук назвал «порами, или клетками»;

1670-е годы — Мальпиги и Грю описали в разных органах растений «мешочки, или пузырьки» и показали широкое распространение у растений клеточного строения.

1677 г. – Левенгукк зарисовал сперматозоиды;

1680 г. – Левенгукк открыл одноклеточные организмы;

1683 г. – Левенгук описал бактерии (т.ж. открыл эритроциты, описал дрожжи, простейших, чешуйки эпидермиса кожи);

1802 г. – Ламарк ввел термин «Биология»;

1825 г. – Пуркинье открыл протоплазму, в 1839 – термин;

В 1831 г. - Броун описал ядро и высказал предположение, что оно является постоянной составной частью растительной клетки;

1838-1839 гг. – Шлейден и Шванн сформулировали клеточную теорию;

1858 г. – Вирхов добавил в клеточную теорию еще одно положение;

1858 г. – Дарвин заложил основы теории эволюции;

1865 г. – Мендель, Морган (1910-1916 гг.), Уотс открыл фундаментальные законы наследственности;

1898 г. – Гольджи обнаружил сетчатые структуры вокруг ядра в нервных клетках (аппарат Гольджи);

1928 г. Гриффитс провел эксперимент, доказывающий, что бактерии способны передавать генетическую информацию по механизму трансформации;

1944 г. – Эвери установил природу трансформирующего агента – нуклеиновая кислота;

1953 г. – Уотсон и Крик – описали строение ДНК;

1954 г. – Уилкинс и Франклин обнаружили, что молекула ДНК представляет форму двойной спирали;

1961 г. – Жакоб и Мано создали концепцию оперона;

1972 г.– Сингер и Николсон представили жидкостно-мозаичную модель мембраны.

б) Основные положения и этапы развития клеточной теории (Шлейдена и Швана)

1838-1839 гг. – Шлейден и Шванн сформулировали клеточную теорию - 2 положения:

1) клетка является элементарной структурно-функциональной единицей живых организмов;

2) клетки растений и животных схожи по своему строению и выполняемым функциям.

в) Развитие клеточной теории в работах Вирхова

1858 г. – Вирхов добавил в клеточную теорию еще одно положение:

3) клетка возникает путем деления материнской клетки.

4) клетки входят в состав многоклеточного организма, который представляет собой совокупность взаимосвязанных между собой клеток.

г) Современное состояние клеточной теории. Мировоззренческое значение клеточной теории

3 главных современных положения:

· Клетка – биологическая единица всех живых организмов. Жизнь в ее структурном, функциональном и генетическом отношении обеспечивается только клеткой;

· Клетка возникает путем деления предшествующей клетки;

· Клетки входят в состав многоклеточных организмов, для которых характерен принцип целостности и системной организации.

д) Типы клеточной организации и их характеристика

а) прокариоты:

- возникли 3,5-3,7 млрд. лет назад;

-По форме: одноклеточные

- ДНК: маленькая, кольцевая, нет интронов, разлагается в цитоплазме.

- отсутствуют мембранные органоиды и клеточные включения;

- представители: бактерии, сине-зелёные водоросли.

б) эукариоты:

- возникли 1,2-1,5 млрд. лет назад;

-По форме: одноклеточные, многоклеточные

- ДНК: большая, находится в ядре, имеет экзон-интронное строение.

-Органоиды, клеточные включения присутствуют.

- представители: грибы, растения и животные.

Клетка как открытая система

а) Понятие об обмене веществ и его биологическая роль

Обмен веществ (метаболизм) – это совокупность физических и химических превращений, происходящих в живом организме и обеспечивающих его жизнедеятельность во взаимосвязи с внешней средой.

Обмен веществ выполняет 2 функции:

1. Обеспечение пластических нужд организма.

2. Обеспечение клетки энергией.

б) Ассимиляция и диссимиляция как основа самообновления систем

Ассимиляция – это совокупность процессов синтеза, в основе которой лежит усвоение организмом веществ и образование из них свойственных ему органических соединений.

Биологическое значение – все процессы в клетке (синтез белка и НК, фотосинтез) идут с затратой энергии.

Диссимиляция – это процесс расщепления органических соединений с целью обеспечения различных сторон жизнедеятельности необходимыми веществами и энергией.

Биологическое значение – освобождение энергии, а также разрушение веществ, вредных для организма.

в) Этапы метаболизма и их характеристика

1. Подготовительный этап – переработка пищевых веществ в органах пищеварения.

2. Межуточный (промежуточный) – перенос в клетку. Связь между метаболических путем всех веществ.

Метаболический путь – это характер и последовательность химических превращений химического вещества в организме.

Субстраты – это вещества, поступающие с пищей, которые необходимо расщепить. Образуются промежуточные вещества – метаболиты.

3. Образование и выделение продуктов метаболизма (азот-через мочу, кожу; углерод и углекислый газ – легкие; ворород – легкие, кожа, моча).

Ко-А связывает в единый «метаболический котел» углеводный, белковый и жировой обмены.

Метаболический котел – образование общих промежуточных веществ в процессе межуточного обмена углеводов, жиров и белков, которые и обеспечивают взаимосвязь между обменом углеводов, жиров и белков.

Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот/лимонной кислоты) – это конечный путь окисления топливных молекул (глюкозы), углеводов, жирных кислот и аминокислот. Действует только в аэробных условиях. Так же он поставляет промежуточные продукты для биосинтеза.

г) Способы поступления веществ в клетку

1) Пассивный – без использования энергии и по градиенту концентрации

1.1.  Диффузия:

а) Облегченная – по градиенту концентрации - из большего в меньшее:

б) Простая – самопроизвольное перемещение вещества из мест с большей концентрацией в места с меньшей концентрацией вещества через участок мембраны – липидный бислой.

1.2. Осмос – диффузия воды через мембрану из менее концентрированного в более концентрированный раствор.

2) Активный – без учета градиента концентрации:

Активный – это перенос отдельных ионов вопреки концентрационному и электрическому градиентам с помощью специальных ионных насосов, а также с помощью эндоцитоза, экзоцитоза и трансцитоза:

а) Эндоцитоз – вещество извне поступает внутрь за счет выпячивания мембраны

· пиноцитоз – растворенные вещества;

· фагоцитоз – твердые вещества;

б) Экзоцитоз – вывод веществ из клетки;

д) Биологическая роль белков, липидов, полисахаридов и воды в обмене веществ и энергией

Углеводы – природные органические соединения Сm(H2O)n.

- являются источником энергии большинства клеток организма

- в процессе окисления 1г освобождается 17,6 кДж/моль

- важная роль для процесса осмоса

- обезвреживание химических веществ в печени

- иммунологическая защита организма

Жиры – органические соединения, в основном сложные эфиры глицерина и односоставных жирных кислот (триглицериды), относящиеся к сложным липидам.

- один из основных компонентов клетки и тканей живых организмов

- основной источник энергии в клетке

- при расщеплении 1г выделяется 38, 9 кДж/моль

- источник эндогенной воды 100г = 107 мл воды

- термоизоляция

- пластические функции. Взрослому человеку необходимо 70-80г жиров в сутки

Белки – высокомолекулярные органические соединения, биополимеры, построенные из 12 видов альфа-аминокислотных остатков, соединенных в определенной последовательности в длинные цепи.

- каталитическая (ферментативная) роль – биологические ферменты ускоряют химические реакции в 10-100 тыс раз

- источник энергии

- при полном расщеплении 1г выделется 17,6 кДж/ моль

Вода

- составляет основу внутренней среды 60-65% организма

- гуморальная связь между клетками

- универсальный растворитель органического вещества

Размножение организмов

а) Размножение как основное свойство живого

Размножение – это способность живых организмов воспроизводить себе подобных, обеспечивая непрерывность и преемственность жизни в ряду поколений.

Биологическое значение:

1) Обеспечивает сохранение жизни во времени;

2) Поддерживает состав популяции и не приводит к вымиранию конкретного вида.

б) Бесполое и половое размножение, их биологическое значение

Бесполое размножение		Половое размножение
одноклеточные	многоклеточные	одноклеточные	многоклеточные
деление на двое	вегетативное	копуляция	с оплодотворением
множественное деление (шизогония)	продольное или поперечное	конъюгация	без оплодотворения (партеногенез: андрогенез и гиногенез)
	фрагментация
почкование	почкование
образование спор	полиэмбриония

Существует два основных типа размножения – бесполое и половое.

При бесполом размножении участвует один родитель и новые особи имеют такой же генотип, что и родительский. Основной механизмом - митоз. Генетическая изменчивость при бесполом размножении минимальна и связана лишь с мутационным процессом.

Биологическое значение:

1) Быстрое увеличение количества особей;

2) Новые организмы – это точные копии материнского;

3) Не происходит появления новых признаков.

Половое размножение предполагает наличие двух родительских особей. При половом размножении происходит слияние двух половых клеток с гаплоидным набором хромосом и образованием диплоидной зиготы. Основной механизм - мейоз.

Биологическое значение: создает более сильное, более жизненное потомство, чем потомство, получаемое от бесполого размножения

в) Формы и механизмы бесполого размножения у одноклеточных и многоклеточных

I. У одноклеточных:

а) Деление на двое – материнская клетка на две одинаковые дочерние клетки;

б) Шизогония (множественное деление) – из одной материнской (шизонт) образуется большое количество дочерних клеток (мирозоиды);

в) Спорообразование – организмы образуют споры;

г) Почкование – из одной материнской образуется две дочерних, но разных размеров.

II. У многоклеточных:

а) Вегетативное – новый организм развивается из отдельных органов;

б) Фрагментация – деление и образование новой особи;

в) Спорообразование;

г) Почкование – на материнской особи вырастают дочерние и отделяются;

д) Полиэмбриония – многоклеточный зародыш на стадии бластулы разделяется на несколько частей, которые развиваются в самостоятельный организм.

г) Формы и механизмы полового размножения у одноклеточных и многоклеточных

I. У одноклеточных:

а) Копуляция – слияние двух одноклеточных организмов с перекомбинацией их наследственного материала;

б) Конъюгация – две инфузории подходят, образуется мостик, растворяются ядра, делятся мейозом и обмениваются ядрами.

II. У многоклеточных:

а) Партеногенез (без оплодотворения) – дочерний организм развивается из неоплодотворенной клетки;

б) Андрогенез – из яйцеклетки с мужским пронуклеусом;

в) Гиногенез – новый организм из яйцеклетки женским пронуклеусом, но изначально она активирована сперматозоидом

д) Этапы эволюции полового размножения

I. этап: изогамный способ размножения - принимают участие изогаметы, но они морфологически одинаковы;

II. этап: гетерогамный -мужские и женские половые клетки морфологически отличаются,

III. этап: появление специализированных органов, где происходит формирование половых клеток-половые железы. Являлись гермафродитами, в процессе эволюции произошло разделение полов на мужские женские (половой деморфизм);

IV. этап: переход от внешнего оплодотворения к внутреннему, развиваются наружные половые органы.

Гаметогенез

а) Прогенез: биологическая роль и общая характеристика

Дроблению предшествуют процессы гаметогенеза и оплодотворения, которые не являются непосредственно индивидуальным развитием и могут даже не привести к нему, но которые во многом определяют дальнейшее развитие зародыша в том случае, если зачатие состоится.

Прогенез - проэмбриональный период, включающий процессы формирования половых клеток (сперматогенез и овогенез).

б) Стадии сперматогенеза и их характеристика

Сперматогенез – процесс образования мужских половых клеток (сперматозоидов), происходит в извитых канальцах семенников.

Сперматогенез человека длится 70-75 дней. Начинается в период полного созревания (12-14 лет) и идет непрерывно в течение всей жизни мужчины.

Для оплодотворения достаточно 100 мнл сперматозоидов

Сперматогенез состоит из 4 стадий:

Размножения: На этой стадии из зачаточной клетки, в результате митоза происходит образование сперматогоний.

Роста: На этой стадии сперматогонии растут развиваются, наступает интерфаза первого мейоза и из сперматогоний образуются сперматоциты I порядка.

Созревания: Эта стадия характеризуется I и II мейотическим делением, в ходе первого деления из одной ссперматоциты I порядка, образуется две сперматоциты II порядка. А в результате второго деления из одной сперматоциты II порядка - 2 сперматиды.

Формирования: На этой стадии из сперматид формируются непосредственно сперматозоиды.

в) Стадии овогенеза и их характеристика

Овогенез – процесс образования женских половых клеток (яйцеклеток), происходит в яичниках.

Яйцеклетки у человека начинают формироваться в эмбриональном периоде. Изначально у женского эмбриона закладывается 6-8 млн овогоний, но к моменту рождения остается 1-2 млн, в период полового созревания (11-13 лет) – 100 тыс.

Овогенез состоит из 3 стадий:

Осуществяется в 3 стадии:

Размножения: На этой стадии из зачаточной клетки происходит образование в результате митоза многочисленных овогоний.

Роста: На этой стадии в интерфазу первого мейоза из овогоний образуются овоциты I порядка.

Созревания: В эту стадию в результате первого мейотического деления из одной овоциты I порядка образуется один овоцит II порядка и одно редукционное (полярное) тельце. В результате второго мейотического деления из одной овоциты II порядка образуется одна яйцеклетка и 3 редукционных тельца.

 

Сравнительная характеристика сперматогенеза и овогенеза

стадия	сперматогенез	клеточные формы, тип деления клеток			овогенез
Размножения		сперматогонии	митоз	овогонии
Роста		сперматоцит I порядка	интерфаза	ооцит I порядка
Созревания		сперматоцит II порядка	1 деление мейоза	ооцит II порядка
		сперматиды	2 деление мейоза	яйцеклетка
Формирования		сперматозоиды

г) Цитологические и цитогенетические характеристики спермато- и овогенеза

д) Морфология сперматозоидов и яйцеклеток. Типы яйцеклеток

Сперматозоиды - это очень мелкие подвижные мужские гаметы; их количество исчисляется миллионами. Форма спермиев у разных животных различна, однако строение их однотипно. В каждом сперматозоиде можно выделить: головку, шейку, хвост. В головке находится ядро с гаплоидным числом хромосом и акросома. Акросома содержит гидролитические фер­менты, способствующие проникновению спермия в ооцит при оплодотво­рении. В шейке сперматозоида расположена пара центриолей и многочис­ленные митохондрии, собранные в спираль. Эти митохондрии синтезиру­ют энергию, обеспечивающую движение хвоста.

Зрелая яйцеклетка имеет большие размеры, неподвижна, покрыта не­сколькими оболочками. В ходе овогенеза в цитоплазме яйцеклетки, где располагается ядро, резервируется большое количество веществ, необхо­димых для ее созревания и обеспечения раннего эмбриогенеза. Запасенные вещества представлены желтком (запас питательных веществ); компонен­ты, необходимые для репликации, транскрипции и трансляции (рибосомы, мРНК, тРНК и др.); регуляторные вещества. В ядре яйцеклетки человека содержится 23 хромосомы, одна из них является половой — Х-хромосомой.

Типы яйцеклеток:

В зависимости от количества желтка:

1) Алецитальная – желтка нет – он в желточных клетках (плацентарные);

2) Олиголецитальная – мало желтка (ланцетник, представители низших хордовых);

3) Мезолецитальная – среднее количество желтка (осетровые рыбы, амфибии);

4) Полилецитальная – очень много желтка (высшие позвоночные: пресмыкающиеся, птицы и яйцекладущие млекопитающие).

В зависимости от распределения желтка:

1) Изолецитальная – желток распределен в цитоплазме равномерно и ядро располагается примерно в центре - обычно при малом количестве желтка (млекопитающие, человек);

2) Телолецитальная - основная масса желтка скапливается у одного из полюсов клетки — вегетативного полюса. Противоположный полюс, к которому оттесняется свободная от желтка активная цитоплазма, называют анималъным:

3) Цетролецитальная – желток распределен в центре (насекомые).

 

Мейоз

а) Мейоз, его общая характеристика и место в гаметогенезе

Мейоз – это особый тип деления клеток, в результате которого формируются половые клетки – гаметы, содержащие гаплоидное количество хромосом и наследственного материала. Он происходит в половых железах.

Мейоз состоит из двух делений, следующих друг за другом. Первое мейотическое деление (I) – редукционное, когда происходит редукция (сокращение) количества хромосом в два раза. Второе мейотическое деление (II) – эквационное, оно аналогично митозу. Каждое деление, в свою очередь, состоит из ряда последовательных фаз: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Первому делению предшествует интерфаза, где происходит редупликация ДНК.

б) Характеристика фаз 1 и 2 мейотических делений

	Фаза мейоза	Стадии		Динамика количества хромосом (n) и ДНК (c)
I мейотическое деление (редукционное)	Интерфаза I	G1	Увеличение массы клетки.	2n2c
		S	Редупликация ДНК (удваивается количество наследственного материала клетки).	2n4c
		G2	Завершение удвоения массы цитоплазмы.	2n4c
	Профаза I	Лептотена	Спирализация хромосом, хромосомы имеют вид длинных и тонких нитей, собранных в ядре в виде рыхлого клубка.	2n4c
		Зиготена	Начало конъюгации гомологичных хромосом, которые объединяются синаптонемальным комплексом в бивалент.
		Пахитена	На фоне продолжающейся спирализации хромосом и их укорочения, между гомологичными хромосомами осуществляется кроссинговер — перекрест с обменом соответствующими участками.
		Диплотена	Возникновение сил отталкивания между гомологичными хромосомами, которые начинают отдаляться друг от друга в первую очередь в области центромер, но остаются связанными в областях прошедшего кроссинговера — хиазмах.
		Диктиотена (жен)	Хромосомы, приняв форму «ламповых щеток», прекращают какие-либо дальнейшие структурные изменения на многие годы. По достижении женским организмом репродуктивного возраста под влиянием ЛГ гипофиза, как правило, один овоцит ежемесячно возобновляет мейоз.
		Диакинез	Завершающая стадия профазы I мейоза, в которой гомологичные хромосомы удерживаются вместе лишь в отдельных точках хиазм. Биваленты приобретают форму колец, крестов, и т.д.
	Метафаза I		Биваленты выстраиваются в экваториальной плоскости, образуя метафазную пластинку.	2n4c
	Анафаза I		Хиазмы разрушаются и гомологичные хромосомы из бивалента расходятся к полюсам.	2n4c
	Телофаза I		Образуются 2 клетки.	n2c
II мейотическое деление (эквационное)	Интерфаза II		Эта стадия наблюдается только в животных клетках. Отсутствует синтетический период (S), то есть репликации ДНК не происходит.	n2c
	Профаза II		Процессы, происходящие во втором делении мейоза, по своему механизму сходны с процессами, происходящими в митозе.	n2c
	Метафаза II			n2c
	Анафаза II			2n2c
	Телофаза II			nc

в) Динамика количества хромосом и ДНК в мейотическом делении

	Фаза мейотического цикла	Динамика количества хромосом (n) и ДНК (c)
I мейотическое деление	Интерфаза I	2n2c
		2n4c
		2n4c
	Профаза I	2n4c
	Метафаза I	2n4c
	Анафаза I	2n4c
	Телофаза I	n2c
II мейотическое деление	Интерфаза II	n2c
	Профаза II	n2c
	Метафаза II	n2c
	Анафаза II	2n2c
	Телофаза II	nc

г) Биологическое значение мейоза

1) Происходит редукция числа хромосом и наследственного материала, что обусловливает формирование половых клеток с гаплоидным набором хромосом и ДНК (nc). При последующем оплодотворении, когда осуществляется слияние 2 гамет, организм нового поколения будет иметь диплоидное количество хромосом и диплоидное количество ДНК, что обеспечивает постоянство кариотипа в ряду поколений у организмов данного биологического вида.

2) При мейозе происходит перекомбинация генетического материала. Новые комбинации генов возникают в результате случайного расхождения хромосом (независимое распределение) и обмена генетическим материалом между гомологичными хромосомами (кроссинговер).

3) Мейоз – один из ключевых механизмов наследственности и наследственной изменчивости будущего потомства.

д) Отличия мейоза и митоза

	Митоз	Мейоз
Сходства	1. Имеют одинаковые фазы деления. 2. Перед митозом и мейозом в синтетическом периоде интерфазы происходит редупликация (удвоение) ДНК, образование двухроматидных хромосом (число хромосом 2n, молекул ДНК 4с)
Различия	1. Одно деление	1. Два сменяющих дуг друга деления
	2. Кроссинговер не происходит	2. Гомологичные хромосомы конъюгируют с образованием бивалентов, между гомологичными хромосомами происходит кроссинговер
	3. В анафазу к полюсам расходятся сестринские хроматиды	3. В анафазе I мейотического деления к полюсам расходятся гомологичные хромосомы
	4. В период интерфазы перед каждым делением происходит удвоение молекулы ДНК	4. Между I-м и II-м делением в период интерфазы не происходит удвоение молекулы ДНК
	5. Образуется 2 дочерние клетки с диплоидным набором хромосом и ДНК (2n2c)	5. Образуется 4 клетки с гаплоидным набором хромосом и ДНК (nc)

 

Оплодотворение

а) Оплодотворение, его биологическая роль

Оплодотворение – это процесс слияния женских и мужских половых клеток, в результате чего образуется зигота.

Биологическое значение:

1) Восстановление диплоидного набора хромосом и ДНК в зиготе;

2) Объединение наследственных задатков отца и матери;

3) Обеспечение материальной непрерывности между поколениями.

б) Виды оплодотворения

1) Внешнее оплодотворение – вне тела самки, обычно в водной среде (земноводные, рыбы, амфибии, моллюски)

2) Внутреннее – в половых путях самки (пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие).

в) Этапы оплодотворения

Процесс оплодотворения протекает в несколько этапов:

1. Сближение гамет.

2. Контактные взаимоотношения, в результате которых происходит про­никновение сперматозоида в яйцеклетку (акросомальная и др. реакции).

3. Слияние пронуклеусов (мужского и женского ядер) - кариогамия.

г) Механизмы оплодотворения

1. Цитологический – происходит слияние мужской и женской половых клеток (сингамия). В реализации данного механизма важно наличие полноценных сперматозоидов в необходимом количестве в половых путях женского организма в период овуляции яйцеклетки;

2. Генетический – слияние гаплоидных наборов наследственного материала мужской и женской гамет и формирование диплоидной зиготы;

3. Химический механизм. В оплодотворении важную роль играет химический состав среды половых путей женского организма. В кислой среде сперматозоиды теряют активность, и вероятность оплодотворения снижается;

4. Иммунологический механизм. Иммунологическая несовместимость мужской спермы и среды женских половых путей может препятствовать процессу оплодотворения;

5. Физиологический – целый ряд физиологических процессов, протекающих в женском (гормональные реакции образования яйцеклетки) и мужском (гормональная реакция образования сперматозоидов) организмах.

д) Партеногенез, его разновидности и характеристика

Партеногенез (девственное развитие) - вид полового размножения, при котором дочерний организм иногда развивается из неоплодотворенной яйцеклетки.

Разновидности:

ü Гиногенез - источник наследственного материала для развития потомка в этом случае обычно служит ДНК яйцеклетки;

ü Андрогенез (реже) — развитие потомка из клетки с цитоплазмой ооцита и ядром сперматозоида. Ядро женской гаметы в случае андрогенеза погибает.

 

Основы генетики

а) Генетика как наука (определение)

Генетика – наука о двух фундаментальных, диалектически взаимосвязанных свойствах живых организмов – наследственности и изменчивости.

б) Предмет, задачи и методы генетики

Объект исследования – все живые организмы. Предмет – все признаки живых организмов.

Задачи генетики:

1) Изучение материальных основ наследственности;

2) Исследование потока генетической информации в клетках;

3) Анализ характера взаимодействия между генами в процессе формирования признаков;

4) Изучение закономерностей и механизмов изменчивости и ее роль в приспособительных реакциях организма в ходе эволюционного процесса;

5) Исследование влияния факторов внешней среды на наследственность.

Методы генетики:

1. Генеалогический (метод составления родословных) – реализация признаков в различных поколениях;

2. Гибридологический (скрещивание);

3. Популяционно – статистический - определение распространенности гена и генотипов в популяции;

4. Цитогенетический (микроскопическое изучение кариотипа) – изучение всех хромосом и геномных мутаций;

5. Биохимический (определение биохимических показателей организма) - определение всех генных мутаций и нарушение метаболизма;

6. Близнецовый (метод исследования генетических закономерностей на близнецах);

7. Молекулярно-генетический (особенности организации наследственного материала на уровне ДНК и РНК) – расшифровка определенной последовательности гена, размеры гена, все генетические мутации, место локализации гена

8. Генетико-математический (количественный учет результатов анализов).

в) Этапы развития генетики.

I. этап – 1900-1910 гг.

II. этап – 1910-1920 гг.

III. этап – 1920-1940 гг.

IV. этап – 1940-1953 гг.

V. этап – с 1953 г – настоящее время.

г) Вклад отечественных и зарубежных ученых в развитие генетики.

Основоположником генетики как науки считается Грегор Мендель, сформулировавший в 1865 году законы наследования. Он, применив гибридологический метод, впервые открыл закономерности наследования признаков, которые известны как законы Менделя. Мендель опубликовал результаты своих исследований в 1866 г. в работе «Опыты над растительными гибридами». Однако они заняли достойное место в системе биологических знаний спустя 35 лет, лишь в 1900 году. 1990 год считается датой рождения генетики, когда три ученых – голландец де Фриз, немец Корренс, австриец Чермак независимо друг от друга переоткрыли законы Менделя. После этого развитие генетики пошло более быстрыми темпами.

К концу XIX века в результате повышения оптических качеств микроскопов и совершенствования цитологических методов стало возможно наблюдать поведение хромосом в гаметах и зиготах.

Еще в 1875 г. Гертвиг обратил внимание на то, что при оплодотворении яиц морского ежа происходит слияние двух ядер – ядра спермия и ядра яйцеклетки.

В 1882 г. Флеминг описал поведение хромосом во время митоза.

В 1902 г. Бовери продемонстрировал важную роль ядра в регуляции развития признаков организма.

В 1901-1903 гг. голландец де Фриз ввел термин “мутации”.

В 1906 г. Бетсон предложил термин генетика (от geneticos – относящийся к рождению, происхождению).

В 1908 г. Харди и Вайнберг сформулировали закон распределения генов в популяциях.

В 1908 г. Нильсон-Эле открыл явление полимерии.

В 1909 г. Иогансен предложил термин “ген”, “генотип”, “фенотип”.

В 1909 г. Гаррод установил, что болезнь алкаптонурия является наследственным заболеванием, связанным с нарушением метаболизма, что явилось основой зарождения биохимической генетики.

Одной из самых важных вех в развитии генетики стали экспериментальные работы Т. Моргана (1911-1914 гг.) и его сотрудников с плодовой мушкой дрозофилой. Ими была установлена связь генов с хромосомами. Эти работы экспериментально доказали хромосомную теорию наследственности.

В 1909 г. Коррренс опубликовал работу о цитоплазматической наследственности.

В 1920 г. Вавилов сформулировал закон гомологических рядов в наследственной изменчивости; открыл мировые центры происхождения растений; создал мировую коллекцию культурных растений.

В 1927 г. Карпиченко преодолел стерильность гибридов, создав плодовитый межродовой гибрид редьки и капусты.

Навашин открыл двойное оплодотворение. Работы Четверикова (1926, 1929 гг.) положили начало современной генетики популяций. Труды Фишера (1931 г.), Райта (1932 г.), Дубинина и Ромашова (1932 г.), Холдейна (1935 г.), Добжанского (1937 г.) заложили основы синтетической теории эволюции.

В 1927 г. Тимофеев–Ресовский и Добжанский разработали учение о микроэволюции.

В 1928 гг. Гриффит установил явление трансформации.

1929 г. Серебровский – геногеография, разработал методы селекции домашних животных. Огромное значении для селекции имели труды И.В. Мичурина.

В 1941 г. Бидл и Татум сформулировали гипотезу “один ген– один фермент”.

В 1944 г. Эйвери с коллегоми определили природу трансформирующего агента, доказав, что таковым является молекула ДНК.

В 1949 г. Полинг выявил причину серповидно-клеточной анемии.

В 1953 г. Уотсон и Крик установили пространственную структуру молекулы ДНК, что явилось переломным моментом для развития биологии XX века и, как считают многие учение, в 1953 г. произошло рождение молекулярной генетики.

В 1956 г. Тио и Леван установили, что диплоидное число хромосом человека равно 46, а не 48.

В 1959 г. Лежен определил причину возникновения синдрома Дауна (трисомия по 21 хромосоме).

В 1961 г. Жакоб и Моно сформулировали концепцию оперона.

д) Место генетики в системе биологических наук и роль в современной биологии и медицине.