Опишите процесс передачи наследственных признаков от родительских днк посредством хромосом. Какие наследственные заболевания при этом возникают.

Биогеохимические функции живого вещества в биосфере.

 

В.И. Вернадский выделил пять биогеохимических функций живого вещества в

биосфере.

Первая функция - газовая. Большинство газов верхних горизонтов планеты порождено жизнью. Подземные горючие газы - продукты разложения органических веществ растительного происхождения, ранее захороненных в осадочных толщах. Наиболее распространенным является болотный газ (метан). Основные газы атмосферы Земли - азот и кислород имеют биогенное происхождение.

Вторая функция - концентрационная. Организмы накапливают в своих телах многие химические элементы. На первом месте, естественно, стоит углерод. В углях содержание углерода по степени концентрации в тысячи раз больше, чем в среднем для земной коры. Нефти - концентраторы углерода и водорода, поскольку сами имеют биогенное происхождение. В отношении концентрации металлов первое место занимает кальций. Целые горные хребты сложены остатками животных с известковым скелетом. Концентра- торами кремния выступают диатомовые водоросли, радиолярии, некоторые губки, йода - водоросли ламинарии, железа марганца - особые бактерии. Фосфор накапливается позвоночными животными, сосредотачиваясь в их костях.

Третья функция - окислительно-восстановительная. Она играет важную роль в истории многих химических элементов с переменной валентностью. В процессе своей жизнедеятельности и после своей гибели организмы, обитающие в разных водоемах, регулируют кислородный режим и тем самым создают условия, благоприятные для растворения или же осаждения ряда металлов с переменной валентностью (V, Mn, Fе).

Четвертая функция - биохимическая. Эта функция связана с ростом, размножением

и перемещением живых организмов в пространстве. Размножение приводит к быстрому распространению живых организмов, «расползанию» живого вещества в разные географические области.

Пятая функция - биогеохимическая деятельность человека. Она охватывает все возрастающее количество вещества земной коры для нужд промышленности, транспорта, сельского хозяйства и бытовых потребностей человека. Эта функция занимает особое место и заслуживает особо тщательного изучения.

 

 

Тема 5

5. Дайте характеристику конкуренции как биотическому фактору на своем примере

Конкуренция - это использование ресурсов (пищи, воды, света, пространства) одним организмом, который тем самым уменьшает доступность этого ресурса для другого организма. Конкуренция бывает: внутривидовая, межвидовая, прямая и косвенная.

Если численность популяции невелика, то внутривидовая конкуренция выражена слабо и ресурсы имеются в изобилии. При высокой плотности популяции интенсивная внутривидовая конкуренция снижает наличие ресурсов до уровня, сдерживающего дальнейший рост, тем самым регулируется численность популяции. Межвидовая конкуренция - взаимодействие между популяциями, которое неблагоприятно сказывается на их росте и выживаемости. При завозе в Британию из Северной Америки каролинской белки уменьшилась численность обыкновенной белки, т.к. каролинская белка оказалась более конкурентоспособной.

Прямая - это внутривидовая конкуренция, связанная с борьбой за место обитания,

в частности защита индивидуальных участков у птиц или животных, выражающейся в прямых столкновениях. При недостатке ресурсов возможно поедание животных особей своего вида (волки, рыси, хищные клопы, пауки, крысы, щука, окунь и т.д.) Косвенная - между кустарниками и травянистыми растениями в Калифорнии. Тот вид, который обосновался первым, исключает другой тип. Быстро растущие травы с глубокими корнями снижают содержание влаги в почве до уровня непригодного для кустарников. А высокой кустарник затеняет травы, не давая им произрастать из-за нехватки света. Некоторые растения выделят вещества подавляющие развитие конкурентов. Даже тараканы в жилище человека способны вызвать аллергические реакции у проживающих людей за счет своих выделений.

 

Пример конкуренции:

Рыбы планктонофаги конкурируют за планктон. Когда появляются высокоурожайные поколения сардины-иваси, то снижается численность японского анчоуса и некоторых видов кальмаров. И наоборот. Здесь путем конкуренции регулируется численность видов и ослабляется пресс на кормовую базу. Рост численности минтая, кстати всеядного, соответственно сказывается на численность сельди, хотя и не прямо, а косвенно. В основном в природе конкуренция - пространство жизненное и пищевая база.

 

Закон толерантности Шелфорда.

 

Закон толерантности Шелфорда - закон, согласно которому существование вида определяется лимитирующими факторами, находящимися не только в минимуме, но и в максимуме. Закон толерантности расширяет закон минимума Либиха. Формулировка: "лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум, так и максимум экологического влияния, диапазон между которыми определяет степень выносливости (толерантности) организма к данному фактору". Закон толерантности дополняют положения американского эколога Ю. Одума:

· организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного экологического фактора и низкий диапазон в отношении другого;

· в организмы с широким диапазоном толерантности в отношении всех экологических факторов обычно наиболее распространены;

· диапазон толерантности может сузиться и в отношении других экологических факторов, если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для организма;

· многие факторы среды становятся ограничивающими (лимитирующими) в особо важные (критические) периоды жизни организмов, особенно в период размножения.

· оптимальные значения экологических факторов для организмов в природе и в лабораторных условиях (в силу существенной их изоляции), зачастую, оказываются различными (гипотеза компенсации экологических факторов); что тесно связано с различением фундаментальной и реализованной экологической ниши;

 

Диапазон толерантности

Чтобы выразить относительную степень толерантности, в экологии используют

приставки стено- (от греч. stenos -узкий, тесный) и эври- (от греч. eurys - широкий), поли-

(от греч. polys - многий, многочисленный) и олиго- (от греч. oligos - немногий, незначи- тельный). Организмы с широким диапазоном толерантности обозначают приставкой "Эври". Эврибионт - организм, способный жить при различных условиях среды. Например: эвритермный - переносящий широкие колебания температуры.

С узким диапазоном - обозначают приставкой "Стено". Стенобионт - организм, требую- щий строго определённых условий среды. Например: форель - стенотермный вид, а окунь

- эвритермный. Форель не выносит большие колебания температуры, если исчезнут все деревья по берегам горного потока, это приведет к повышению температуры на несколько градусов, в результате чего форель погибнет, а окунь выживет.

Понятие популяции.

Популяция – совокупность особей одного биологического вида, населяющих одну территория, имеющих общий генофонд (совокупность генотипов всех особей популяции.)

и возможность свободно скрещиваться.

Популяция представляет собой форму внутривидовой организации или форму существования вида, обеспечивающую наиболее полное использование данной группой особей природных ресурсов территории, к которой популяция приурочена. Биологическое значение популяции состоит в наиболее полном и рациональном использовании энергетических ресурсов, позволяющем обеспечить оставление потомства. При половом размножении обмен генами превращает популяцию в целостную генетическую систему. Если размножение происходит вегетативным путем (побегами, почками и т.д.) или другими способами, то популяция представляет собой систему клонов, или чистых линий, совместно использующих среду. В современной биологии популяция рассматривается как элементарная единица в процессе эволюции, способная реагировать на изменения среды перестройкой своего генофонда.

Говоря об экологических популяциях, необходимо отметить большое разнообразие их масштабов. У одного и того же вида в разной среде популяции могут сильно различаться. Эти различия обусловлены:

а) площадью ареала популяции – они могут занимать территорию, сравнимую по площади с материком (популяции песца, кряквы), и могут ограничиваться несколькими квадратными метрами (некоторые амфибии и моллюски);

б) количеством особей, образующих популяцию, – популяция может объединять миллионы особей (комары) или всего несколько десятков животных (крупные хищники);

в) количеством микропопуляций – одни популяции представлены множеством микропопуляций, приуроченных к разным биотопам, другие – едины в пространственном отношении.

Таким образом, популяции представляют собой весьма разнообразные видовые группировки, количество и особенности которых соответствуют пестроте и условиям местообитания, специфическим свойствам среды и биологии самих животных.

Важно учитывать многообразие взаимодействия организмов со средой. В соответствии с этим подходом популяции выделяются:

а) по способу поддержания численности и времени существования:

– постоянные популяции, возникающие в оптимальных местообитаниях, они способны к самовоспроизведению и не нуждаются в притоке особей извне для поддержания своей численности;

– временные популяции существуют не только за счет внутреннего потенциала, но

и в результате иммиграции особей извне;

б) по способности к самовоспроизведению:

– независимые популяции – способны воспроизводиться самостоятельно; приток особей в их репродукции не играет существенной роли;

– полузависимые популяции – могут самовоспроизводиться, но иммиграция особей заметно повышает численность;

– зависимые – смертность внутри популяции не компенсируется приплодом, без иммиграции особей популяция вымирает;

– псевдопопуляции – совершенно не способны к самовоспроизведению, целиком зависят от притока извне. На о-ве Монерон обитает популяция тепловодного моллюска морское ухо. Они не нерестятся в этих холодных водах. Популяция же поддерживается за счет приноса личинок от берегов Японии с теплым Цусимским течением;

– временные, или периодически возникающие популяции – образуются за счет вы- селения особей из постоянных популяций в малоблагоприятные местообитания в периоды резкого возрастания численности постоянных популяций;

– гемипопуляции, или полупопуляции – группировки особей, принадлежащие к от- дельным возрастным фазам развития животных, при этом на разных этапах своего возрастного развития (онтогенеза) они имеют резкие различия как морфологические, так и эко- логические (взрослые донные моллюски и их свободно плавающие пелагические личинки).

Динамика популяций.

«Волны жизни» – так называют колебания численности и плотности популяции

во времени -по годам, сезонам, от поколения к поколению. Точную численность популя- ции можно узнать только в случает полной изоляции. В разных популяциях может быть

от нескольких десятков до нескольких млн особей, могущих занимать и несколько кв. м.,

и несколько тысяч кв. км. Размеры территории связаны с радиусом репродуктивной ак- тивности. Число особей представляется соотношением рождаемости и смертности (при неучитывании миграции).Общая рождаемость – число новых особей ∆Nn, добавляющихся

за время ∆t. Удельная рождаемость

b = ∆Nn/∆tN,

где: N- исходная численность популяции.

Численность и плотность – основные параметры популяции.

Численность – общее количество особей на данной территории или в данном объеме

Плотность – количество особей или их биомасса на единице площади или объема.

В природе происходит постоянные колебания численности и плотности.

Динамика численности и плотности определяется в основном рождаемостью, смертностью и процессами миграции. Это показатели, характеризующие изменение популяции в течение определенного периода: месяца, сезона, года и т.д. Изучение этих процессов и причин их обусловливающих очень важно для прогнозов состояния популяций. Рождаемость различают абсолютную и удельную.

Абсолютная рождаемость – это количество новых особей, появившихся за едини-

цу времени, а удельная – то же самое количество, но отнесенное к определенному числу особей. Например, показателем рождаемости человека служит число детей, родившихся

на 1000 человек в течение года. Рождаемость определяется многими факторами: условия-

ми среды, наличием пищи, биологией вида (скорость полового созревания, количество генераций в течение сезона, соотношение самцов и самок в популяции). Согласно правилу максимальной рождаемости (воспроизводства) в идеальных условиях в популяциях появляется максимально возможное количество новых особей; рождаемость ограничивается физиологическими особенностями вида. (Одуванчик за 10 лет способен заполонить весь земной шар, при условии, что все его семена прорастут. Исключительно обильно семеносят ивы, тополя, березы, осина, большинство сорных растений. Бактерии делятся каждые

20 минут ив течение 36 часов могут сплошным слоем покрыть всю планету. Очень высока плодовитость у большинства видов насекомых и низка у хищников, крупных млекопитающих.)

Смертность, как и рождаемость, бывает абсолютной (количество особей, погибших за определенное время), так и удельной. Она характеризует скорость снижения численности популяции от гибели из-за болезней, старости, хищников, недостатка корма, и играет главную роль в динамике численности популяции. Различают три типа смертности (Рисунок 7.5):- одинаковый на всех стадиях развития; встречается редко, в оптимальных условиях;- повышенная смертность в раннем возрасте (кривая III); характерна для большинства видов растений и животных (у деревьев к возрасту зрелости доживает менее 1% всходов, у рыб – 1-2% мальков, у насекомых – менее 0,5% личинок);- высокая смерть в старости (кривая II); обычно наблюдается у животных, чьи личиночные стадии проходят в благоприятных мало изменяющихся условиях: почве, древесине, живых организмах.

 

 

Кривые смертности

 

Тема 8

 

Понятие погоды и климата.

Погода – состояние атмосферы в данном месте Земли в определенный момент или интервал времени. Совокупность погод в данном месте принято называть климатом.

Климат. По-гречески, климат – означает наклон. В климатологии имеется в виду наклон земной поверхности к солнечным лучам. Климат – одна из основных географических характеристик той или иной местности, он определяет многолетний статистический режим погоды этого места.

 

Тема 13

 

Малый (биологический).

Малый (биологический) круговорот вещества проходит в границах обитаемой биосферы и воплощает в себе уникальные свойства живого вещества планеты. Будучи ча- стью большого, малый круговорот осуществляется на уровне биогеоценоза, он заключает-

ся в том, что питательные вещества почвы, вода, углерод аккумулируются в веществе рас- тений, расходуются на построение тела и жизненные процессы как их самих, так и орга- низмов - консументов. Продукты разложения органического вещества почвенной микро- флорой и мезофауной (бактерии, грибы, моллюски, черви, насекомые, простейшие и др.) вновь разлагаются до минеральных компонентов, вновь доступных растениям и поэтому вовлекаемых ими в поток вещества.

 

Опишите процесс передачи наследственных признаков от родительских ДНК посредством хромосом. Какие наследственные заболевания при этом возникают?

 

Уже более ста лет назад стало известно, что каждый новый организм возникает в результате соединения мужской и женской половых клеток - яйце- клетки и сперматозоида.

Работы немецкого биолога Ф. Шнейдера наводили на мысль, что из элементов яд-

ра клетки наиболее вероятными непосредственными носителями наследственности являются «цветные тельца» - хромосомы. Свое название они получили после того как для их наблюдения под микроскопом их окрашивали красителями для лучшего рассмотрения.

Голландец Э. ван Бенедан заметил, что в половых клетках хромосом в два раза меньше (Рисунок 1), и только после слияния разнополых клеток образуется нормальный хромосомный набор.

 

 

 

Рисунок 1 - Хромосомы человека в черно-белом варианте

 

Рисунок 1а - Хромосомы человека в цветном варианте

 

 

 

Рисунок 1б - Строение хросмосомы

 

 

Хромосомная теория наследственности (морганизм) трансформировалась в молекулярную генетику, в учение о гене, как участке ДНК.

На рисунке показан процесс "упаковки" ДНК в сложно-скрученные структуры. Причины "укладки" очевидны - ДНК слишком длинная молекула (длина цепи ДНК одной хромосомы - около 10 сантиметров), поэтому её надо упаковать. А чтобы она не слипалась между собой, с ней связываются определённые белки. Комплекс белков с ДНК называется хроматином. Для удобства всегда ставят знак тождества между ДНК и хроматином, поскольку "голой" ДНК в природе не встречается. ДНК содержит гены и некодируемые участки. В процессе расхождения удвоившихся хромосом в центромерах происходит разборка полимера приводящая к расхождению хромосом с образованием 2 дочерних клеток. Репликация ДНК происходит под действием ферментов и приводит к образованию второй точной копии молекулы ДНК в удвоенной хромосоме (Рисунок 2).

 

 

Рисунок 2 - Схема репликации молекулы ДНК:

дочерняя цепь (реплика) строится на каждой из родительских полинуклеотидных цепей, как на матрице. Стрелкой указано направление движения так называемой вилки репликации, пунктиром обозначены водородные связи между азотистыми основаниями. А — аденин, Т — тимин, Г — гуанин, Ц — цитозин

 

Хромосомная теория наследственности объясняет не только процесс эволюции и передачу признаков родителей детям, но и показывает генетическую связь всего живого, в том числе родственную связь людей и обезьян. В процессе изучения хромосомной теории наследственности были выявлены хромосомно-наследственные заболевания, вызываемые нерасхождением хромосом в процессе митоза клетки. Такие хромосомные образования называются трисомией и по определению излечение данных заболеваний невозможно.

Синдром Патау (трисомия по хромосоме 13). Впервые описано в 1960 году. Популяционная частота 1 на 7800.

Для синдрома Патау характерны следующие диагностические признаки: расщелина верхней губы и неба, низко посаженные деформированные ушные раковины, флексорное положение пальцев рук, выпуклые ногти, поперечная ладонная складка, стопа- качалка. Из пороков внутренних органов отмечены врожденные пороки сердца (дефекты перегородок и крупных сосудов), незавершенный поворот кишечника и др. Глубокая идиотия. Дети, в основном, умирают в возрасте до 1 года, чаще в первые 2-3 месяца жизни.

Синдром Эдвардса (трисомия по хромосоме 18) ( Рисунок 3 ). Описан в 1960 году. Популяционная частота составляет 1 на 6500. Дети с синдромом Эдвардса имеют малую массу тела при рождении. Основными диагностическими признакамисиндрома являются: низко посаженные аномальной формы уши, скошенный подбородок. Имеются аномалии развития конечностей: верхних - сгибательные деформации пальцев, перекрывание пальцев, сжатые пальцы рук, широкий палец стопы, типичная форма стопы в виде качалки. Из внутренних пороков следует отметить комбинированные пороки сердечно- сосудистой системы, незавершенный поворот кишечника пороки развития почек чаще гидронефроз и подковообразная почка), крипторхизм. Дети погибают, в основном, в возрасте до 1 года от осложнений, вызванных врожденными пороками развития.

 

Рисунок 3- Синдром Эдвардса

 

Синдром Дауна (трисомия хромосомы 21) ( Рисунок 4 ). Впервые описан в 1866 году английским врачом Дауном. Наиболее часто встречающийся хромосомный синдром - популяционная частота составляет 1 случай на 600-700 новорожденных детей. Частота рождения детей с данным синдромом зависит от возраста матери и резко увеличивается после 35 лет. Цитогенетические варианты очень разнообразны, но около 95% случаев представлены простой трисомией 21 хромосомы. Несмотря на интенсивное изучение синдрома причины нерасхождения хромосом до настоящего времени не ясны.

Основными диагностическими признаками синдрома являются: типичное плоское лицо, монголоидный разрез глаз, открытый рот, аномалии зубов, короткий нос и плоская переносица, избыток кожи на шее, короткие конечности, поперечная четырехпальцевая ладонная складка (обезьянья борозда). Из пороков внутренних органов часто отмечаются врожденные пороки сердца и желудочно-кишечного тракта, которые и определяют продолжительность жизни больных. Умственная отсталость обычно средней степени тяжести. Дети с синдромом Дауна часто ласковые и привязчивые, послушные и внимательные.

 

Рисунок 4- Синдром Дауна

 

 

 

Рисунок 5 Хромосома Х и гены отвечающие за те или иные заболевания

 

Тема 3,4

 

5. Приведите общепринятую модель строения Земли.

 

Большинство исследователей считает, что Земля состоит из ядра, мантии и земной коры. Это три оболочки планеты, которые находятся на разных глубинах. Ученые не могут с полной уверенностью сказать, из чего состоят ядро и мантия. Доступна для исследования пока только земная кора. На Кольском полуострове была пробурена самая глубокая на земном шаре скважина в 12 262 метра. Это позволило получить множество сведений о строении мантии.

Существует общепринятая модель строения Земли, которая называется сейсмической. Ее авторами являются исследователи Г. Джефрис и Б. Гуттенберг, а также исследователь из Югославии Мохорович. Они, наблюдая при помощи приборов скорости сейсмических волн, определили, что мантия находится на глубине в десятки километров под континентами, до 60 км под Памиром и Андами и 10-12 км под океанскими впадинами.

Путем математических вычислений, зная радиус Земли в 6371 км, ученые установили, что радиус ядра планеты равен 3471 км. Толщина земной коры от 12 до 60 км. Толщина мантии составляет приблизительно 2888 км.

Позже ученые выяснили, что ядро состоит из двух сфер - внешней и внутренней. Мантия также разделяется на нижнюю и верхнюю. Радиус внутреннего ядра составляет 1225 км. Оно твердое. Его плотность 12,5 г/см. Внешнее ядро обладает меньшей плотностью приблизительно 10 г/см. Оно жидкое. Плотность мантии еще меньше. Она составляет приблизительно 5,5 г/см.

Температура ядра чрезвычайно высока. От ядра к мантии идут потоки вещества, нагретого до высокой температуры. Это вещество напоминает вулканическую лаву и выходит на поверхность в виде вулканических извержений, например, в районе Гавайских островов, в Исландии и в некоторых других областях Земли.

Нижняя мантия граничит с ядром на глубине приблизительно 670 км. На этой глубине плотность вещества, из которого состоит мантия, значительно возрастает. Верхняя мантия начинается на глубине 410 км и заканчивается на глубине от 60 до 12 км. Верхнюю мантию и земную кору вместе называют литосферой. Литосфера - это твердая оболочка Земли, которая состоит из литосферных плит. Литосферные плиты движутся, как будто скользят, по астеносфере. Астеносфера представляет собой относительно жидкий густой глубинный слой мантии. Астеносфера неоднородна. Она в одних местах более жидкая, а в других более твердая. Жидкие области астеносферы находятся на глубине приблизительно от 100 до нескольких сотен километров от земной поверхности. Таковы современные представления о строении планеты Земля.