Чем обеспечивается целостность биосистемы
Экология: биология взаимодействия. 1.13. (дополнение) Универсальные свойства биосистем
Українська мова (найновіша версія) / Русский язык (обновление прекращено)
1.13. (дополнение) Универсальные свойства биосистем
При всей специфичности биосистем разных уровней, для них можно выделить ряд универсальных свойств. Назовем некоторые из них.
Определенный состав и упорядоченность. Все биосистемы характеризуются высокой упорядоченностью, которая может поддерживаться только благодаря протекающим в них процессам. В состав всех биосистем, лежащих выше молекулярного уровня, входят определенные органические вещества, некоторые неорганические соединения, а также большое количество воды. Упорядоченность клетки проявляется в том, что для нее характерен определенный набор клеточных компонентов, а упорядоченность биогеоценоза — в том, что в его состав входят определенные функциональные группы организмов и связанная с ними неживая среда.
Иерархичность организации. Как рассматривалось в пункте 1.05, жизнь проявляет себя одновременно на многих уровнях организации, каждый из которых имеет свои особенности.
Обмен веществ — важнейшая особенность функционирования биосистем. Это совокупность происходящих в них химических преобразований и перемещений веществ. На клеточном и организменном уровнях обмен веществ связан с питанием, газообменом и выделением, а, например, на биогеоценотическом — с круговоротом веществ и их перемещением между разными биогеоценозами.
Поток энергии через биосистемы тесно связан с их обменом веществ. Благодаря тому, что атомы вещества в ходе их преобразований не изменяются, вещество может совершать круговорот в живых системах. Энергия, в соответствии со вторым началом термодинамики, при превращениях частично рассеивается (переходит в форму тепла), и поэтому живые системы существуют только в условиях текущего через них потока энергии из внешнего источника. Для биосферы в целом таким источником является Солнце.
Способность к развитию. Все биосистемы возникают и совершенствуются в ходе эволюции. Эволюция на молекулярном уровне привела к возникновению организмов; благодаря эволюции популяций меняются характерные свойства организмов и всех входящих в их состав систем. Изменение биогеоценозов и биосферы также связано с их способностью к эволюции. Развитие отдельного организма называется онтогенезом; эволюционная история вида — филогенезом; развитие биоценозов на одном участке — сукцессией.
Приспособленность — соответствие между особенностями биосистем и свойствами среды, с которой они взаимодействуют. Приспособленность не может быть достигнута раз и навсегда, так как среда непрерывно меняется (в том числе благодаря воздействию биосистем и их эволюции). Поэтому все живые системы способны отвечать на изменения среды и вырабатывать приспособления ко многим из них. Результатом способности живых систем вырабатывать приспособления является поражающее воображение совершенство и целесообразность живых организмов и жизни в целом. Долгосрочные приспособления биосистем осуществляются благодаря их эволюции. Краткосрочные приспособления клеток и организмов обеспечиваются благодаря их раздражимости — свойству реагировать на внешние или внутренние воздействия. Определенным образом отвечают на изменения и биосистемы всех других уровней, что позволяет говорить, что они находятся в состоянии обмена информацией со средой.
Саморегуляция. Биосистемы находятся в состоянии постоянного обмена веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Например, клетки и организмы благодаря саморегуляции поддерживают постоянство своей внутренней среды (гомеостаз), а биогеоценозы поддерживают свой видовой состав и определенные свойства неживой среды. Поддержание постоянства свойств биосистем обеспечивается благодаря отрицательным обратным связям, а их изменение и развитие — благодаря положительным обратным связям.
Динамичность (состояние непрерывных изменений). Жизнедеятельность на всех уровнях организации биосистем связана с обменом веществ и информации, а также потоком энергии. При этом каждая биосистема, начиная от клеточного уровня, является не столько структурой, сколько процессом. Так, клетка остается сама собой, несмотря на то, что в результате обмена веществ сменяются образующие ее вещества. Популяция существует, несмотря на то, что гибнут и появляются входящие в ее состав особи. Для клеток и организмов характерным проявлением динамичности является подвижность — способность к изменению положения и формы самой системы и ее частей.
Целостность (интегрированность) — необходимое условие для рассмотрения того или иного объекта как системы. Это результат взаимосвязи и взаимозависимости частей биосистем, основа возникновения у системы эмергентных свойств. Системы разных уровней отличаются по степени взаимозависимости своих частей. К примеру, в состав клетки должен входить совершенно определенный состав компонентов, строго соответствующих друг другу (если митохондрия синтезирует не все свои белки, то ядро обязательно должно управлять синтезом недостающих, и вполне соответствующих имеющимся в митохондрии). Организм состоит из определенного комплекта органов. Биогеоценоз тоже состоит из определенного набора компонентов (например, автотрофов и гетеротрофов), но их состав оказывается в большой мере заменяемым. Раз связи подсистем в клетке и организме являются более жесткими (свойства одной подсистемы требуют строго определенных характеристик другой подсистемы) чем в биогеоценозе, клетку и организм можно считать более целостными. На биогеоценотическом и биосферном уровне в состав биосистем входят как живые, так и неживые компоненты (впрочем, неживые компоненты, например отмершие ткани, могут входить и в состав организмов, а также биосистем других уровней).
Уникальность. Все биосистемы, начиная от клеточного уровня, неповторимы и отличаются от аналогичных систем. Например, имеющие идентичную наследственную информацию организмы (однояйцовые близнецы, клоны и т.д.) обладают неповторимой индивидуальностью, зависящей от бесконечно разнообразных особенностей воздействия на них среды и саморегуляции в ходе развития.
Способность к воспроизводству биосистем обеспечивает устойчивость жизни во времени. Биомолекулы синтезируются клеткой; клетки (и даже некоторые структуры эукариотической клетки) воспроизводятся путем деления. На организменном уровне воспроизводство обеспечивается благодаря размножению. Преемственность поколений на организменном (а также на клеточном) уровне обеспечивается наследственностью, а возможность эволюции — изменчивостью. Воспроизводство популяций, биогеоценозов (а быть может и биосферы) обеспечивается не только размножением организмов, но и благодаря их способности к расселению.
Что такое биосистема? Основные свойства биосистемы
Весь окружающий нас мир – это совокупность природных факторов и антропогенного воздействия, что существуют и меняются на протяжении всей истории человечества. Энтропия разрывает этот мир, но он продолжает существовать в динамическом равновесии. В состоянии, которое очень легко нарушить, и при этом пострадают в первую очередь биосистемы. Что такое биосистема в биологии, каковы ее уровни и составляющие – тема данной статьи.
Академические термины
В систему объединяют функциональные элементы, которые связаны между собой и выполняют одну функцию как единое целое. Биологическая система – это совокупность упорядоченных, взаимодействующих и взаимозависимых живых структурных элементов. Они образуют единое целое как система ступеней, вытекающих одна из другой и выполняющих совместную функцию.
Фундамент и надстройка жизни
Способность всего живого из хаотичного теплового движения атомов и молекул создать порядок – это самая удивительная и глубокая особенность жизни. Фундаментальными свойствами жизни в биологии считают: способность живого к саморегуляции, самовоспроизведение и самообновление. К надстройке или необходимым атрибутам жизни относятся обмен веществ в организме и с окружающей средой (питание, выделение и дыхание), движение, раздражимость по принципу обратной связи, возможности адаптации, рост и развитие в процессе онтогенеза.
Основные свойства биосистемы
К основным свойствам относятся:
Уровни организации
Живая материя образует гомогенные системы со своим типом взаимодействий элементов, пространственным и временным масштабом процессов. Эти гомогенные биосистемы занимают свое место в системе живой материи. Основных уровней биосистем восемь:
Единство жизни
Все уровни перетекают один в другой, включаются друг в друга, переплетаются в единство всего живого на планете. Они символизируют многообразие жизненных форм и представляют собой единицы материи со своей спецификой процессов и проявлений. Жизнь возникла, существует и меняется в целостных биосистемах. Что такое биосистемы – это открытые системы, способные к росту и развитию, динамически устойчивые и самовоспроизводящиеся. Тогда как системы неживые – закрыты, статичны и склонны к деградации.
Изучение организации биосистем
Описание организации таких систем включает выделение подсистем или компонентов биосистемы. Далее исследуют все аспекты существования биосистем, а именно:
По такой схеме опишем самые главные примеры биосистем.
Клетка – элементарный пример биосистемы
Структурной составляющей данной биосистемы является мембранный аппарат, цитоплазма, органеллы и нуклеотид (ядро). Базовый уровень – молекулярный. Функциональная составляющая данной системы – это согласованная работа всех структур. Основные свойства будут определяться структурно-функциональной спецификой цитоплазматической мембраны, цитоплазмы, органелл и ядра.
Организм как биосистема
На этом уровне на первое место выходят системы регуляции и приспособительные способности, как механизм сохранения целостности и упорядоченности в условиях изменяющихся условий жизни. Структурная организация различна (от безъядерных, одноклеточных до многоклеточных) и наиболее разнообразна. Базовый уровень – клетка. Функциональные особенности: дифференциация клеток, тканей, органов подразумевает более сложные уровни структурного состава; взаимозависимость дифференцированных элементов друг от друга; интеграция и внутренние связи подсистем. Основными свойствами на этом уровне будет общее усложнение и разнообразие свойств живой материи. Например, свойство материи к воспроизводству себе подобных на этом уровне представлено бесполым, половым и вегетативным способом размножения.
Популяционно-видовой уровень
Что такое биосистема на данном уровне – это единица эволюционного процесса, как движущей силы появления всего многообразия жизни на Земле. Именно в ключе эволюционного учения этот уровень становится основополагающим. Вид, как совокупность организмов, обладающая внешним и внутренним сходством, свободно скрещивающихся между собой (для панмиктичных видов) и дающих фертильное потомство, обитающих на определенной территории довольно длительный период времени и имеющих общих филогенетических предков – вот структурная единица данного уровня. Функциональная составляющая: индивидуальный приспособительный потенциал особи, внутривидовая конкуренция и естественный отбор. Вид – закрытая система в генетическом аспекте. Ведь именно порог не скрещиваемости с представителями других видов дает организмам видовую специфичность.
Биосфера – глобальная экосистема
Другой пример того, что такое биосистема, – биосфера, как система наивысшего порядка. Структурный компонент – биотический (живые организмы и продукты их жизнедеятельности) и абиотический (химические компоненты и физические условия). Элементарная единица структуры – биогеоценоз. Функциональный аспект – круговорот веществ в природе, наличие биохимических циклов, для которых характерны открытость и замкнутость. Главные функции биотического компонента – окислительно-восстановительная, концентрационная и газовая. Основные свойства – свойства живой материи.
Биологические системы. Общие признаки
Содержание:
В организации живого выделяют многочисленные биологические системы разного уровня строения и жизнедеятельности.
Биологические системы
Биологические системы – это объекты различной сложности, имеющие несколько уровней структурно-функциональной организации и представляющие собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов.
К данной категории относят:
Наименьшей биологической системой, присутствующей во всем живом является органическая (биологическая) макромолекула:
В роли наибольшей биологической системы выступает популяция, совокупность организмов одного вида, длительное время обитающих на одной территории (занимающих определённый ареал) и частично или полностью изолированных от особей других таких же групп.
Общие признаки биологических систем
Биологические системы (или живые системы) отличаются от тел неживой природы совокупностью признаков и свойств, среди которых основными являются:
Существенными чертами живых организмов, отличающими их от объектов неживой природы, являются уровневая организация и эволюция.
1. Клеточное строение
2. Особенности химического состава
3. Обмен веществ и превращение энергии.
4. Гомеостаз
5. Раздражимость
6. Движение
7. Рост и развитие
8. Воспроизведение
9. Эволюция
Чем обеспечивается целостность биосистемы
Подробное решение параграф Подведите итог 1 главы по биологии для учащихся 11 класса, авторов И.Н. Пономарева, О.К. Корнилова, Т.Е. Лощилина, П.В. Ижевский Базовый уровень 2012
Дайте определение биосистемы «организм».
Организм представляет собой отдельность живой материи как целостная живая система.
Поясните, различаются ли понятия «организм» и «особь».
Под организмом (понятие физиологическое) имеется в виду живая система как целое, состоящее из частей, как взаимодействие клеток, органов и других компонентов тела.
Особь (понятие экологическое (популяционное) – часть окружающей среды (стаи, прайда, общества), а не как целое. Особь взаимодействует с окружающим миром, а организм это мир, в котором взаимодействуют его части.
Назовите основные свойства биосистемы «организм».
Единство хим. состава.
Поясните, какую роль в эволюции живой природы выполняет организм.
Каждый организм (особь) несет в себе частичку генофонда (свой генотип) популяции. При каждом новом скрещивании, дочерняя особь получает совершенно новый генотип. Это уникальная по значимости роль организмов, осуществляющих процесс постоянного обновления наследственных свойств у новых поколений, благодаря половому размножению. Одна особь не может эволюционировать, она дает «толчок» целой популяции, нередко виду. Она может изменяться, приспосабливаясь к условиям внешней среды, но это ненаследуемые признаки. Организмы, как никакая другая форма живой материи, способны ощущать внешний мир, состояние своего тела и реагировать на эти ощущения, направленно изменяя свои действия в ответ на раздражение, идущее от внешних и внутренних факторов. Организмы могут обучаться и общаться с особями своего вида, строить жилища и создавать условия для выведения детенышей, проявлять родительскую заботу о потомстве.
5. Назовите основные механизмы управления процессами в биосистеме «организм».
Гуморальная регуляция, нервная регуляция, наследственная информация.
Охарактеризуйте основные закономерности передачи наследственности у организмов.
В настоящее время установлены многие закономерности наследования свойств (признаков) организмов. Все они находят отражение в хромосомной теории наследования признаков организма. Назовём основные положения этой теории.
• Гены, являясь носителями наследственных свойств организмов, выступают единицами наследственной информации.
• Цитологической основой генов являются группы рядом лежащих нуклеотидов в цепочках ДНК.
• Гены, находящиеся в хромосомах ядра и клетки, наследуются как отдельные независимые единицы.
• У всех организмов одного и того же вида каждый ген всегда расположен в одном и том же месте (локусе) определённой хромосомы.
• Любые изменения гена приводят к появлению его новых разновидностей — аллелей этого гена и, следовательно, к изменению признака.
• Все хромосомы и гены у особи присутствуют в её клетках всегда в виде пары, попавшей в зиготу от обоих родителей при оплодотворении.
• В каждой гамете может быть только по одной одинаковой (гомологичной) хромосоме и по одному гену из аллельной пары.
• Во время мейоза различные пары хромосом распределяются между гаметами независимо друг от друга и совершенно случайно так же наследуются и находящиеся в этих хромосомах гены.
• Важным источником появления новых комбинаций гена служит кроссинговер.
• Развитие организмов происходит под контролем генов в тесной взаимосвязи с факторами окружающей среды.
• Выявленные закономерности наследования свойств наблюдаются у всех без исключения живых организмов с половым размножением.
Сформулируйте первый и второй законы Менделя.
Первый закон Менделя (закон единообразия гибридов первого поколения). При скрещивании двух гомозиготных организмов, относящихся к разным чистым линиям и отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных проявлений признака, всё первое поколение гибридов (F1) окажется единообразным и будет нести проявление признака одного из родителей.
Второй закон Менделя (закон расщепления). При скрещивании двух гетерозиготных потомков первого поколения между собой, во втором поколении наблюдается расщепление в определенном числовом отношении: по фенотипу 3:1, по генотипу 1:2:1.
Почему третий закон Менделя не всегда соблюдается при наследовании признаков?
Закон независимого наследования по каждой паре признаков ещё раз подчёркивает дискретный характер любого гена. Дискретность проявляется и в независимом комбинировании аллелей разных генов, и в их независимом действии — в фенотипическом выражении. Независимое распределение генов может быть объяснено поведением хромосом при мейозе: пары гомологичных хромосом, а вместе с ними и парные гены перераспределяются и расходятся в гаметы независимо друг от друга.
Как наследуются доминантные и рецессивные аллели гена?
функциональная активность доминантного аллеля гена не зависит от наличия в организме другого гена данного признака. Доминантный ген является, таким образом, господствующим, он проявляется уже в первом поколении.
Рецессивный аллель гена может проявиться во втором и последующих поколениях. Для проявления признака, формируемого рецессивным геном, необходимо, чтобы потомок получил один и тот же рецессивный вариант этого гена и от отца, и от матери (т.е. в случае гомозиготности). Тогда в соответствующей паре хромосом обе сестринские хромосомы будут иметь только один этот вариант, который не будет подавлен доминантным геном и сможет проявиться в фенотипе.
10. Назовите основные типы сцепления генов.
Различают неполное и полное сцепление генов. Неполное сцепление является результатом кроссинговера (перекреста) между сцепленными генами, тогда как полное сцепление возможно лишь в случаях, когда кроссинговер не происходит.
Как идёт формирование пола у животных и человека?
После оплодотворения, т. е. при слиянии мужских и женских хромосом, в зиготе может возникнуть их определённое сочетание либо XX, либо XY.
У млекопитающих, в том числе и у человека, из зиготы, гомогаметной по Х-хромосоме, развивается женский организм (XX), а из гетерогаметной зиготы развивается мужской организм (ХY). Позже, когда уже развившийся из зиготы организм будет способен формировать свои гаметы, то в женском организме (XX) появятся яйцеклетки только с Х-хромосомами, тогда как в мужском организме будут образовываться сперматозоиды двух типов: 50% с Х-хромосомой и столько же других — с Y-хромосомой.
Что такое онтогенез?
Онтогенез – индивидуальное развитие организма, развитие особи от зиготы до смерти.
Поясните, что такое зигота; раскройте её роль в эволюции.
Охарактеризуйте особенности этапов онтогенеза у многоклеточных организмов.
В онтогенезе обычно выделяют два периода — эмбриональный и постэмбриональный — и стадии взрослого организма.
Эмбриональный (зародышевый) период развития многоклеточного организма, или эмбриогенез, у животных охватывает процессы, происходящие от первого деления зиготы до выхода из яйца или рождения молодой особи, а у растений — от деления зиготы до прорастания семени и появления проростка.
Эмбриональный период у большинства многоклеточных животных включает три основных этапа: дробление, гаструляцию и дифференциацию, или морфогенез.
В результате ряда последовательных митотических делений зиготы образуются многочисленные (128 и более) мелкие клетки — бластомеры. При делении образовавшиеся дочерние клетки не расходятся и не увеличиваются в размерах. С каждым последующим шагом они становятся все мельче, так как в них не происходит увеличения объёма цитоплазмы. Поэтому процесс деления клеток без увеличения объёма цитоплазмы называют дроблением. Со временем зародыш принимает вид пузырька со стенкой, образованной одним слоем клеток. Такой однослойный зародыш называют бластулой, а образующуюся внутри полость — бластоцелью. В ходе дальнейшего развития бластоцель превращается в первичную полость тела у ряда беспозвоночных, а у позвоночных почти полностью вытесняется вторичной полостью тела. После образования многоклеточной бластулы начинается процесс гаструляции: перемещение части клеток с поверхности бластулы вовнутрь, на места будущих органов. В результате образуется гаструла. Она состоит из двух пластов клеток — зародышевых листков: наружного — эктодермы и внутреннего — энтодермы. У большинства многоклеточных животных в процессе гаструляции образуется третий зародышевый листок — мезодерма. Она расположена между эктодермой и энтодермой.
В процессе гаструляции клетки дифференцируются, т. е. становятся различными по структуре и биохимическому составу. Биохимическая специализация клеток обеспечивается различной (дифференцированной) активностью генов. Дифференцировка клеток каждого зародышевого листка приводит к образованию различных тканей и органов, т. е. совершается морфогенез, или формообразование.
Сравнение эмбриогенеза различных позвоночных животных, например рыб, амфибий, птиц и млекопитающих, показывает, что их ранние стадии развития очень сходны между собой. Но на поздних стадиях эмбрионы этих животных различаются уже довольно сильно.
Постэмбриональный, или послезародышевый, период начинается с момента выхода организма из яйцевых оболочек или с момента рождения и продолжается до половозрелости. В этот период завершаются процессы формообразования и роста, что определяется прежде всего генотипом, а также взаимодействием генов между собой и с факторами внешней среды. У человека продолжительность этого периода составляет 13-16 лет.
У многих животных выделяют два типа постэмбрионального развития — прямое и непрямое.
В ходе онтогенеза происходят рост, дифференциация и интеграция частей развивающегося многоклеточного организма. Согласно современным представлениям, в зиготе имеется программа в виде кода наследственной информации определяющая ход развития данного организма (особи). Эта программа реализуется в процессах взаимодействия между ядром и цитоплазмой в каждой клетке зародыша, между разными его клетками и между комплексами клеток в зародышевых листках.
Стадии взрослого организма. Взрослым считается организм, достигший состояния половой зрелости и способный к размножению. У взрослого организма различают: генеративную стадию и стадию старения.
Генеративная стадия взрослого организма путём размножения обеспечивает появление потомства. Таким образом, реализуется непрерывность существования популяций и вида. У многих организмов этот период длится долго — много лет, даже у тех, кто лишь один раз в жизни даёт потомство (лососевые рыбы, угорь речной, подёнки, а у растений — многие виды бамбука, зонтичных и агавы). Однако существует много видов, у которых взрослые организмы на протяжении ряда лет неоднократно производят потомство.
На стадии старения наблюдаются различные изменения организма, ведущие к снижению его адаптивных возможностей, к увеличению вероятности смерти.
15. Охарактеризуйте основные типы питания организмов.
Существует два типа питания живых организмов: автотрофное и гетеротрофное.
Автотрофы (автотрофные организмы) — организмы, использующие в качестве источника углерода углекислый газ (растения и некоторые бактерии). Иначе говоря, это организмы, способные создавать органические вещества из неорганических — углекислого газа, воды, минеральных солей.
Некоторые живые существа в зависимости от условий обитания способны и к автотрофному, и к гетеротрофному питанию (миксотрофы).
16. Охарактеризуйте важнейшие факторы, формирующие здоровье.
Генотип как фактор здоровья. Основой здоровья человека является способность его организма противостоять воздействиям окружающей среды и сохранять относительное постоянство гомеостаза. Нарушение гомеостаза по разным причинам вызывает болезнь, нарушение здоровья. Однако сам тип гомеостаза, механизмы его поддержания на всех этапах онтогенеза в тех или иных условиях обусловлены генами, точнее, генотипом особи.
Среда обитания как фактор здоровья. Давно замечено, что в формировании любого признака имеют значение и наследственность, и среда. Притом иногда трудно определить, от чего больше зависит тот или иной признак. Например, такой признак, как рост, наследуется с помощью многих генов (полигенно), т. е. достижение нормального роста, свойственного родителям, зависит от ряда генов, контролирующих уровень воздействия гормонов, обмен кальция, полноценность поступления пищеварительных ферментов и т. д. Вместе с тем даже «наилучший» в отношении роста генотип при плохих условиях жизни (недостаток питания, солнца, воздуха, движения) неизбежно приводит к отставанию в длине тела.
Социальные факторы здоровья. В отличие от растений и животных у человека особую область онтогенеза составляет формирование его интеллекта, нравственного облика, индивидуальности личности. Здесь наряду с общими для всего живого биологическими и небиологическими факторами действует новый мощный фактор среды обитания — социальный. Если первые в основном определяют потенциальный диапазон нормы реакции, то социальная среда, воспитание и образ жизни детерминируют конкретное воплощение наследственных задатков у данного индивида. Социальная среда выступает как своеобразный механизм передачи исторического опыта человечества, его культурных, научных и технических достижений.
17. Поясните, какова роль одноклеточных организмов в природе.
В природе свободноживущие одноклеточные выполняют многообразные роли. Есть одноклеточные, осуществляющие фотосинтез — автотрофы (зелёные водоросли), есть растительноядные — фитотрофы (питаются водорослями), есть хищники и паразиты — гетеротрофы (питаются другими одноклеточными или мелкими многоклеточными), есть и сапротрофы (питаются мёртвым растительным или животным материалом).
У одноклеточных относительно быстро протекают метаболические процессы, поэтому они вносят большой вклад в круговорот веществ в биогеоценозе, особенно в круговорот углерода. Кроме того, одноклеточные животные (простейшие), заглатывая и переваривая бактерии (т. е. первичных деструкторов), ускоряют процесс обновления состава бактериального населения. Растительноядные и хищные организмы тоже выполняют свою функцию в экосистеме, непосредственно участвуя в расщеплении растительного и животного материала.
18. Охарактеризуйте роль мутагенов в природе и в жизни человека.
Мутагены бывают физической и химической природы. К мутагенам относятся ядовитые вещества (например, колхицин), рентгеновские, радиоактивные, канцерогенные и другие неблагоприятные воздействия внешней среды. Под влиянием мутагенов возникают мутации. Мутагены вызывают нарушение нормальных процессов репликации, рекомбинации или расхождения генетических носителей информации.
При взаимодействии ионизирующих излучений (электромагнитные рентгеновские и гамма-лучи, а также элементарные частицы (альфа, бета, нейтроны и др.) с организмом компоненты клетки, в том числе молекулы ДНК, поглощают определённое количество (дозу) энергии.
Выявлено много химических соединений, которые обладают мутагенной активностью: волокнистый минерал асбест, этиленамин, колхицин, бензопирен, нитриты, альдегиды, пестициды и др. Нередко эти вещества одновременно являются и канцерогенами, т. е. способны вызывать развитие в организме злокачественных новообразований (опухолей). В качестве мутагенов были выявлены и некоторые живые организмы, например вирусы.
Известно, что среди растительных организмов в высокогорных или арктических условиях часто встречаются полиплоидные формы — следствие спонтанных мутаций генома. Это связано с резкими перепадами температур в период вегетации.
При контакте с мутагенами нужно помнить, что они оказывают сильное воздействие на развитие половых клеток, на заключённую в них наследственную информацию, на процессы развития эмбриона в матке матери.
19. Охарактеризуйте значение современных достижений генетики для здоровья человека.
Именно благодаря генетике сейчас разрабатываются такие методы терапии благодаря которым можно лечить заболевания ранее неизлечимые. Благодаря современных достижений генетики сейчас есть ДНК- и РНК-пробы, благодаря которым можно на ранних стадиях выявить онкозаболевания. Также научились получать ферменты, антибиотики, гормоны, аминокислоты. Например, для тех, кто болеет сахарным диабетом, был генетическими способами получен инсулин.
С одной стороны, современные достижения генетики дают новые возможности диагностики, лечения человека. С другой стороны, достижения генетики негативно сказываются на здоровье человека через употребление пищи, выраженное в повсеместном распространении генетически модифицированных продуктов питания. При употреблении в пищу таких продуктов может ослабнуть иммунитет, ухудшиться общее состояние, устойчивость к антибиотикам, могут появиться онкозаболевания, в первую очередь страдает желудочно-кишечный тракт (ЖКТ).
20. Поясните, можно ли называть вирус организмом, особью.
Когда вирус в клетке хозяина воспроизводит себе подобных — он организм, и очень активный. Вне клетки хозяина вирус не имеет признаков живого организма.
Исключительно примитивное строение вируса, простота его организации, отсутствие цитоплазмы и рибосом, а также собственного обмена веществ, маленькая молекулярная масса — всё это, отличая вирусы от клеточных организмов, даёт основание для обсуждения вопроса: что такое вирус — существо или вещество, живое или неживое? Научные споры на эту тему продолжались долго. Однако сейчас благодаря тщательному исследованию свойств огромного числа видов вирусов установлено, что вирус — особая форма жизни организма, хотя и очень примитивная. Структура вируса, представленная взаимодействующими между собой основными его частями (нуклеиновой кислотой и белками), определённость строения (сердцевина и белковая оболочка — капсида), его поддержание своей структуры позволяют рассматривать вирус как особую живую систему — биосистему организменного уровня, хотя и очень примитивную.
21. Выберите правильный ответ из предложенных (правильное подчеркнуто).
1. Гены, контролирующие развитие противоположных признаков, называются:
а) аллельными (правильно); б) гетерозиготными; в) гомозиготными; г) сцепленными.
2. «Расщепление по каждой паре признаков идет независимо от других пар признаков», — так формулируется:
а) первый закон Менделя; б) второй закон Менделя; в) третий закон Менделя (правильно); г) закон Моргана.
3. В условиях тропических районов Земли у белокочанной капусты не образуются кочаны. Какая форма изменчивости проявляется в данном случае?
а) мутационная; б) комбинативная; в) модификационная (правильно); г) онтогенетическая.
4. Случайно появившийся ягнёнок с укороченными ногами (выгодное человеку уродство — не перепрыгивает через изгородь) дал начало породе онконских овец. О каком типе изменчивости идёт здесь речь?
а) мутационной (правильно); б) комбинативной; в) модификационной; г) онтогенетической.
Выскажите свою точку зрения.
Как известно, основной единицей эволюции является популяция. А какова роль организмов в микроэволюционном процессе?
На организменном уровне впервые появляется процесс оплодотворения и индивидуального развития особи как процесс реализации наследственной информации, заключённой в хромосомах и их генах, а также оценка естественным отбором жизнеспособности этой особи.
Организмы являются выразителями наследственных свойств популяций и видов. Именно организмы определяют успех или неудачу популяции в борьбе за ресурсы внешней среды и в борьбе за существование между особями. Поэтому во всех микропопуляционных процессах исторического значения организмы являются непосредственными участниками. В организмах накапливаются новые свойства вида. На организмах проявляет своё действие отбор, оставляя более приспособленных и выбраковывая других.
На организменном уровне проявляется двунаправленность жизни каждого организма. С одной стороны, это возможность организма (особи), ориентированная на выживание и размножение. С другой стороны, это обеспечение как можно более длительного существования его популяции и вида, иногда в ущерб жизни самого организма. В этом проявляется важное, эволюционное значение организменного уровня в природе.
Симбиотические способы питания организмов возникли в ходе их эволюции. А как осваивают этот способ новорожденные особи?
Им не нужно осваивать симбиотический образ жизни или способ питания. В процессе эволюции у них также выработались все необходимые приспособления для распознания необходимой особи или субстрата. Например, особые рецепторы для восприятия другой симбиотической особи или морфологические структуры, облегчающие сам процесс питания. Тем более большинство симбиотических особей появляются на свет вблизи родительского организма и попадают сразу в благоприятные условия для развития.
Симбиотическое поведение передается от родителей. Например, у птиц или у млекопитающих по отношению к бактериям.
Почему считают, что образ жизни человека — это показатель его культуры?
От того как человек бережет себя, заботится о себе и т. д., можно судить об уровне его воспитания, это непосредственно связано с развитием человека, его духовными ценностями и собственно культурой, манерой поведения, образом жизни в целом.
В начале XX в. стал знаменитым афоризм, который писатель Максим Горький в пьесе «На дне» вложил в уста своего героя Сатина: «Человек — это звучит гордо!» Можете ли вы в настоящее время поддержать или опровергнуть это утверждение?
В настоящее время это философский вопрос… Наука создала огромное количество сложнейших технических средств, пытается проникнуть в космос и клетку, узнать секреты живого мира, причины болезней, возможность продления срока жизни человека. В то же время были разработаны «совершенные» средства уничтожения всего живого на Земле. Это гордость человечества?
Для человека существует масса нарицательных имён, отражающих его внутреннюю сущность: раб, дурак, разбойник, скотина, собака, зверь; одновременно с этим: гений, творец, создатель, разумный, умница! Так чем же отличается гений от дурака? Какими качествами, по каким критериям их оценивать и сравнивать?
У каждого человека есть свое предназначение на Земле. От того поймет ли он его, зависит его благополучие, вера в себя, гордость за себя.
Человек, как существо биологические, определенно гордость Земли. Мы умеем мыслить, выражать свои эмоции, говорить.
Но если человек внутри себя понимает, что нужно не причинять никому и ничему вред, жить в гармонии с самим собой, с окружающими и природой, ценить жизнь и не только свою, тогда такой человек – это действительно гордость.
Проблема для обсуждения
В 1992 г. на конференции ООН по окружающей среде в Рио-де-Жанейро на уровне руководителей 179 государств, включая Россию, были приняты важнейшие документы, призванные предотвратить деградационное развитие биосферы. Одна из программ действий человечества в XXI в. — «Сохранение биологического разнообразия» имеет девиз: «Биологические ресурсы кормят и одевают нас, обеспечивают жильём, лекарствами и духовной пищей».
Выскажите своё отношение к этому девизу. Можете ли вы его уточнить, расширить? Почему биологическое разнообразие является главной общечеловеческой ценностью?
Этот девиз в который раз напоминает нам, что мы (люди) на Земле должны жить в гармонии с природой (что-то брать, а что-то и давать взамен), а не беспощадно ее использовать в своих целях.
Нравственность, природа, человек – понятия тождественные. И к великому сожалению, в нашем обществе именно взаимосвязь этих понятий разрушена. Родители учат детей порядочности, доброте, любви к окружающему миру, духовности и бережности, но реально этого им не даем. Мы растеряли и растратили богатства, хранившиеся и копившиеся веками. Низвергли, предали забвенью заветы, традиции, опыт прошлых поколений в отношении к окружающему миру. Практически уничтожили своими руками, своим бездушием, бездумьем, своей бесхозяйственностью.
Радиационные и кислотные дожди, урожаи, покрытые ядохимикатами, обмелевшие реки, заиленные озера и пруды, превратившиеся в болота, вырубленные леса, уничтоженные животные, модифицированные организмы и продукты – вот наше современное наследие. А сейчас, вдруг, всем миром осознаем, что мы на краю гибели и каждый, именно каждый, на своем месте, должен по крупицам, упорно и добросовестно восстанавливать, залечивать, выращивать добро. Без биологического разнообразия МЫ НИЧТО. Биологическое разнообразие – это главная общечеловеческая ценность.
Основные понятия
Организм представляет собой отдельность живой материи как индивид (особь) и как целостная живая система (биосистема).
Наследственность – свойство организма передавать особенности строения, функционирования и развития от родителей к потомкам. Наследственность обусловлена генами.
Изменчивость – свойство живых организмов существовать в различных формах, обеспечивающих им способность выживать в изменяющихся условиях.
Хромосомы – структуры клеточного ядра, являющиеся носителями генов и определяющие наследственные свойства клеток и организмов. Хромосомы состоят из ДНК и белков.
Ген – элементарная единица наследственности, представленная биополимером – отрезком молекулы ДНК, где содержится информация о первичной структуре одного белка или молекулы рРНК и тРНК.
Геном – совокупность генов вида, в состав которого входит организм (особь). Геномом также именуют совокупность генов, характерных для гаплоидного (1n) набора хромосом данного вида организмов, или основной гаплоидный набор хромосом. В то же время геном рассматривается и как функциональная единица, и как характеристика вида, необходимая для нормального развития организмов данного вида.
Размножение – воспроизведение себе подобных. Это свойство характерно только для живых организмов.
Оплодотворение – это объединение ядер мужских и женских половых клеток — гамет, приводящее к формированию зиготы и последующему развитию из неё нового (дочернего) организма.
Зигота – одна клетка, которая образуется при слиянии женской и мужской половых клеток (гамет).
Онтогенез – индивидуальное развитие организма, включающее весь комплекс последовательных и необратимых изменений, начиная от образования зиготы и до естественной смерти организма.
Гомеостаз – состояние относительного динамического равновесия системы (в т. ч. биологической), поддерживаемого за счет механизмов саморегуляции.
Здоровье – состояние любого живого организма, при котором он в целом и все его органы способны полностью выполнять свои функции. Нет какого-либо недуга или болезни.
Вирус – уникальная доклеточная форма жизни с гетеротрофным типом питания. Реплицируется молекула ДНК или РНК внутри пораженной клетки.
Организменный уровень организации живой материи – отражает признаки отдельных особей, их поведение. Структурно-функциональной единицей организменного уровня является организм. На организменном уровне происходят следующие явления: размножение, функционирование организма как единого целого, онтогенез и др.