Для освоения курса «Биология с основами экологии», выполнения контрольной работы и прохождения промежуточной аттестации по данной дисциплине необходимо освоить следующий материал.
Тема I. Наука биология. Общие положения:
Раздел 1. Биология, этапы развития, методы исследования.
Биология (греч. bios— жизнь и logos — знание, учение, наука) — это совокупность наук о живой природе, изучающих все проявления жизни: строение и функции живых существ и их природных сообществ, их распространение, происхождение и развитие, связи друг с другом и с неживой природой.
Основные используемые в биологических дисциплинах методы: описательный, сравнительный, исторический, экспериментальный, моделирования.
Раздел 2. Комплекс биологических знаний.
Биология – это комплексная наука. Она подразделяется по объектам исследования на:
зоологию (от греч. zōon — животное, живое существо, logos – наука) — науку о животных (энтомология – наука о насекомых, герпетология наука о гадах, орнитология – наука о птицах),
ботанику (фитологию) (от греч. botanikos - относящийся к растениям, botane - трава, растение) — науку о растениях,
вирусологию (от лат. virus — яд) — науку о вирусах,
микробиологию (от греч. mikros – малый, bios – жизнь) — науку о микроорганизмах, о мельчайших организмах,
микологию (от греч. mýkēs — гриб) — науку о грибах,
антропологию (от греч. ánthrōpos — человек) — науку о человеке, и другие.
По задачам исследования выделяют:
цитологию (от греч. kýtos — вместилище, клетка) — науку о клетках,
гистологию (от греч. histós, histíon — ткань) — науку о тканях,
анатомию (от греч. anatomē — рассечение) — науку о строении организмов,
физиологию (от греч. phýsis — природа) — науку о жизнедеятельности целостного организма и его частей,
генетику (от греч. genesis – происхождение) — науку о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими,
селекцию (от латинского selectio – отбор) – науку о создании новых и улучшении существующих пород домашних животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов,
экологию — науку об отношениях живых организмов между собой и окружающей их средой,
теорию эволюции (от лат. evolutio — развёртывание, развитие) — науку об историческом развитии живой природы,
палеонтологию (от греч. palaiós — древний) — науку о развитии жизни в прошлые геологические времена,
биохимию — науку о химических веществах и процессах в живых организмах,
биофизику — науку о физических и физико-химических явлениях в живых организмах,
биотехнологию — как совокупность промышленных методов, позволяющих использовать живые организмы и отдельные их части для производства ценных для человека продуктов (аминокислот, белков, витаминов, ферментов, антибиотиков, гормонов и др.) и другие.
Раздел 3. Свойства живой материи.
Вопрос о сущности жизни является одним из давних вопросов биологии. Определений жизни множество, но ни одно из них не является исчерпывающим. Поэтому живым считается то, что обладает некоторыми признаками, в частности: определённый химический состав, клеточное строение, обмен веществ и энергозависимость, саморегуляция, раздражимость и психические функции, наследственность, изменчивость, самовоспроизведение (репродукция), индивидуальное развитие (онтогенез), эволюционное развитие (филогенез), ритмичность, целостность и дискретность, иерархичность.
Раздел 4. Уровни организации природы.
В организации природы различают несколько уровней, а именно: элементарные частицы→ атом → молекула → субклеточные структуры → клетка → ткань → орган → система органов → организм → популяция → вид → биоценоз → экосистема → биосфера → планета Земля → Солнечная система → галактика Млечный путь → Вселенная. Но не все они относятся к живой природе.
Раздел 5. Теории происхождения жизни.
Возраст Земли составляет 4,5 – 5 млрд. лет. Жизнь возникла примерно 3,5 – 3,8 млрд. лет. Каковы же причины и теории появления жизни на планете. Вопрос происхождения жизни – это величайшая проблема естествознания. К основным теориям относятся: Теория креационизма, Теория панспермии, Теория самозарождения или стационарного состояния, Теория абиогенеза, Теория биогенеза.
Раздел 6. Геохронологическая шкала.
Геохронологическая шкала – это шкала геологического времени, показывающая последовательность этапов развития Земной коры и органического мира Земли. Вариантов шкалы несколько, для биологии характерно следующее иерархическое подразделение.
Самыми крупными являются эоны: Криптозой и Фанерозой, они разделены на эры: Архейская – эра зарождения жизни (единственная относящаяся к Криптозою), Протерозойская, Палеозойская – эра древней жизни, с периодами Кембрий, Ордовик, Силур, Девон, Карбон, Пермь, Мезозойская, с периодами: Триас, Юра, Мел и Кайнозойская с периодами: Палеоген, Неоген, Антропоген
Тема II. Многообразие живых организмов:
Раздел 7. Таксономические группы.
Для упорядочения многообразия организмов служат: Систематика (с греч. – «располагать вместе») – раздел биологии, занимающийся описанием, обозначением и классификацией существующих и вымерших организмов по таксонам. Классификация – распределение всего множества живых организмов по определённой системе иерархически соподчинённых групп. Таксономия (с греч. – «приводить в порядок») – раздел систематики, разрабатывающий теоретические основы классификации. Таксон – искусственно выделенная человеком группа организмов связанных той или иной степенью родства. В современной классификации существует следующая иерархия таксонов:
ОТДЕЛ (растения)
ВИД – РОД – СЕМЕЙСТВО – ОТРЯД (Порядок)– КЛАСС
ТИП (животные )
Вид (биологический вид) – это совокупность особей, обладающих рядом общих морфологических и физиологических признаков, обитающих на определённой территории, способных скрещиваться, давая плодовитое потомство. Виды различаются между собой рядом признаков и свойств.
Критерии вида — характерные признаки и свойства.
Морфологический критерий — сходство внешнего и внутреннего строения.
Генетический критерий — характерный для вида набор хромосом: их число,
размеры, форма.
Физиологический критерий — сходство всех процессов жизнедеятельности,
прежде всего размножения.
Биохимический критерий — сходство белков, обусловленное особенностями ДНК.
Географический критерий — определенный ареал, занимаемый видом.
Экологический критерий — совокупность факторов внешней среды, в которых существует вид.
Вид характеризуется совокупностью критериев. Ни один из критериев не является абсолютным.
Население вида, как правило, распадается на относительно изолированные группы особей — популяции.
Популяция — совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида.
Раздел 8. Основные группы живых организмов.
Живые организмы подразделяют на:
1. Неклеточные формы: Вирусы.
2. Клеточные формы:
Прокариотические, безъядерные
Бактерии, сине-зелёные и другие водоросли, некоторые грибы, слизевики.
Эукариотические, ядерные
Царство Растений.
Отдел: Водоросли, Мхи, Хвощи, Плауны, Папоротники, Лишайники, Голосеменные, Покрытосеменные.
Царство Грибов.
Отдел: Оомицеты и Настоящие грибы.
Царство Животных.
Тип: Простейшие, Губки, Кишечнополостные, Плоские черви, Круглые черви, Кольчатые черви, Членистоногие, Моллюски, Иглокожие, Хордовые и другие.
Раздел 9. Краткая характеристика групп живых организмов.
Раздел 10. Категории живых организмов.
Экологические группы организмов не столь многочисленны, как биологические.
Среди них особую роль играют группы подразделяемые по:
1. типу питания.
Существует два типа питания – автотрофное и гетеротрофное.
Автотрофы (от греч autos – сам, trophe – питаться), т. е. организмы использующие для своего существования неорганику воды, земли, воздуха и солнечный свет. В соответствии с источниками энергии, используемыми для синтеза органического
вещества, автотрофы подразделяются на фототрофов (использующих энергию солнца) и хемотрофов (использующих энергию химических связей).
Гетеротрофы (от греч. heteros – другой), организмы потребляющими только готовые органические вещества, такими являются все животные и грибы.
2. отношению к свободному кислороду.
По отношению к свободному кислороду организмы делятся на три группы.
Аэробы (облигатные аэробы) — организмы, способные жить только в кислородной среде (животные, растения, некоторые бактерии и грибы).
Анаэробы (облигатные анаэробы) — организмы, неспособные жить в кислородной среде (некоторые бактерии).
Факультативные формы (факультативные анаэробы) – организмы, способные жить как в присутствии кислорода, так и без него (некоторые бактерии и грибы).
3. роли в сообществе.
По своим функциям, которые организмы выполняют в сообществах, все организмы подразделяются на продуцентов, консументов и редуцентов.
Продуценты – организмы использующие для своего существования неорганику воды, земли, воздуха и солнечный свет, способные синтезировать органические вещества из неорганических, производители продукции, которой потом питаются все организмы – это автотрофы (от греч autos – сам, trophe – питаться). Это фотосинтезирующие растения суши, водоросли, хемосинтезирующие бактерии.
Консументы (от лат. consume – потребляю) – потребители органических веществ: травоядные животные, питающиеся продуцентами – это консументы первого порядка, плотоядные (хищники) – питающиеся мясом других животных – это консументы второго порядка и всеядные, т. е. употребляющие и мясную и растительную пищу (человек, медведь). Существуют консументы среди растений – паразиты, и со смешанным типом
питания – росянка.
Редуценты или деструкторы – (от лат reducere – возвращать) организмы использующие в качестве пищи органическое вещество и подвергающие его минерализации, восстановители, возвращающие вещества из отмерших организмов снова в неживую природу, разлагая органику до простых неорганических соединений (микроорганизмы и грибы).
Консументы и редуценты являются гетеротрофными организмами.
Отдельно иногда выделяют макроконсументов, или фаготрофов (от греч. фагос – пожирающий) – гетеротрофные организмы, главным образом животные, которые поедают другие организмы или частицы органического вещества и микроконсументов, или
сапротрофов (от греч. сапро – разлагать), или осмотоофов (от греч. осмо – проходить через мембрану) – гетеротрофы, преимущественно бактерии и грибы, которые разрушают сложные соединения мёртвой протоплазмы, поглощают некоторые продукты разложения и высвобождают неорганические питательные вещества, пригодные для использования продуцентами. Также гетеротрофов подразделяют на биофагов – организмов, питающихся другими живыми существами, сапрофагов или сапротрофов – организмов, организмов питающихся мёртвым органическим веществом и капрофагов, которые питаются экскрементами животных (некрофаги, детритофаги).
Тема III. Основы биохимии:
Биохимия, биологическая химия, наука, изучающая состав организмов, структуру, свойства и локализацию обнаруживаемых в них соединений, пути и закономерности их образования, последовательность и механизмы превращений, а также их биологическую и физиологическую роль.
Раздел 11. Химический состав живых организмов.
Состав клеток организмов разделяют на атомный и молекулярный. В первом рассматривают макро-, микро- и ультрамикроэлементы, а второй заключает в себе неорганические (вода и минеральные соли) и органические (углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты) вещества.
Раздел 12. Атомный состав.
Раздел 13. Неорганические вещества.
Раздел 14. Органические вещества.
1. Углеводы.
Углеводы или сахариды — органические соединения, с общей формулой Сn(H2O)m. У большинства число молекул воды вдвое превышает количество атомов углерода. В зависимости от числа атомов углерода различают триозы, тетрозы, пентозы (рибоза, дезоксирибоза), гексозы (глюкоза, фруктоза) и гептозы.
2. Липиды.
От греческого – lipos – жир – это органические соединения, полные сложные эфиры глицерина (триглицериды) и одноосновных жирных кислот. Определить эту группу соединений наиболее сложно из-за большого химического разнообразия.
Строение жиров отвечает общей формуле:
| CH2 – O – CO – R1 ⎮ CH2 – O – CO – R2 ⎮ CH2 – O – CO – R3 |
R – COОН или
где R1, R2 и R3 - радикалы жирных кислот.
Все известные природные жиры содержат в своём составе три различныхкислотных радикала, имеющих неразветвлённую структуру и, как правило, чётное число атомов углерода.
3. Белки.
Белки или протеины - это высокомолекулярные природные органические вещества, построенные из аминокислот и играющие фундаментальную роль в структуре и жизнедеятельности организмов.
| R ⎮ H2N – CH – COOH |
| NH2 ⎮ R − CHCOOH |
Общая формула или
В левой части расположена группа H2N, которая обладает свойствами основания, а справа – COOH, кислотная. Соединяясь, молекулы аминокислот, образуют связь между углеродом кислотной и азотом основной группы – такая связь называется пептидной (-СО--NH-) (с образованием воды).
4. Нуклеиновые кислоты.
Нуклеиновые кислоты (НК) – полинуклеотиды, важнейшие биологически активные биополимеры, имеющие универсальное распространение в живой природе. Содержатся в каждой клетке всех организмов. Цепи нуклеиновых кислот содержат от нескольких десятков до многих тысяч нуклеотидных остатков, расположенных линейно в определённой последовательности, уникальной для данной кислоты.
Мономеры, которые носят название нуклеотидов, составляют каждую из цепей НК, представляют собой сложные органические соединения, включающие азотистые основания: аденин (А) и тимин (Т) или урацил (У), цитозин (Ц) и гуанин (Г), пятиатомный сахар — пентозу – дезоксирибозу или рибозу, по имени которой
получила название и сама ДНК или РНК, а также остаток фосфорной кислоты.
В природе встречается два типа НК – ДНК и РНК.
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — биологический полимер, состоящий из двух полинуклеотидных цепей, соединенных друг с другом.
Цепи нуклеотидов ДНК образуют правозакрученные объемные спирали по 10
пар оснований в каждом витке. Последовательность соединения нуклеотидов одной цепи противоположна таковой в другой, т.е. цепи, составляющие одну молекулу ДНК, разнонаправлены, или антипараллельны. Сахаро-фосфатные группировки нуклеотидов находятся снаружи, а комплементарно связанные нуклеотиды — внутри.
Цепи закручиваются друг вокруг друга, а также вокруг общей оси и образуют двойную спираль.
РНК (рибонуклеиновая кислота) вместо дезоксирибозы содержат рибозу, а вместо тимина – урацил. РНК, как правило, имеют лишь одну цепь, более короткую, чем цепи ДНК. Двуцепочечные РНК встречаются только у некоторых вирусов. Молекулярная масса от (10-20) ×103 до (5-6) ×106.
Виды РНК:
1. Информационная (матричная) РНК – иРНК (или мРНК). Имеет незамкнутую цепь. Служит в качестве матриц для синтеза белков, перенося информацию об их структуре с молекулы ДНК к рибосомам в цитоплазму.
2. Транспортная РНК – тРНК. Доставляет аминокислоты к синтезируемой молекуле белка. Молекула тРНК состоит из 70-90 нуклеотидов и благодаря внутрицепочечным комплементарным взаимодействиям приобретает характерную вторичную структуру в виде «клеверного листа».
3. Рибосомная РНК – рРНК. В комплексе с рибосомными белками образует рибосомы – органеллы, имеющие форму матрёшек, т.е. состоящие из двух субъединиц, на которых происходит синтез белка.
Раздел 15. Обмен веществ и энергии.
Метаболизм – совокупность всех химических реакций, протекающих в живом организме. Значение метаболизма состоит в создании необходимых организму веществ и обеспечении его энергией. В нём выделяют две взаимосвязанные части – анаболизм и катаболизм.
Анаболизм (или пластический обмен, или ассимиляция) – совокупность
химических реакций синтеза сложных веществ из более простых (образование углеводов из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза, реакции матричного синтеза). Для протекания анаболических реакций требуются затраты энергии. У автотрофов основные анаболические реакции протекают в процессах фотосинтеза и хемосинтеза, а у гетеротрофов представлены матричным синтезом белка и других органических молекул.
Катаболизм (или энергетический обмен, или диссимиляция) – совокупность химических реакций, приводящих к образованию простых веществ из более сложных (гидролиз полимеров до мономеров и расщепление последних до низкомолекулярных соединений углекислого газа, воды, аммиака и др. веществ). Катаболические реакции идут обычно с высвобождением энергии.
Раздел 16. Фотосинтез.
Фотосинтезом называют процесс образование органических (и неорганических) молекул из неорганических за счет использования энергии солнечного света. Этот процесс состоит из двух фаз – световой и темновой.
Раздел 17. Синтез белка.
Синтез белка – это сложный, не до конца изученный процесс экспрессии генов. Экспрессия – это реализация информации, записанной в генах по схеме: ДНК – РНК – Белок. Синтез состоит из двух частей: транскрипции (происходит в ядре клетки) и трансляции (осуществляется в цитоплазме).
Транскрипция (буквально – переписывание, от лат. trans – через, пере- и scribio -пишу) информации происходит путем синтеза на одной из цепей молекулы ДНК одноцепочечной молекулы иРНК, последовательность нуклеотидов которой точно соответствует (комплементарна) последовательности нуклеотидов матрицы – полинуклеотидной цепи ДНК.
Трансляция (от лат. translatio — передача, перевод) – следующий этап биосинтеза - перевод информации, заключенной в последовательности нуклеотидов (последовательности кодонов) молекулы иРНК в последовательность аминокислот полипептидной цепи.
Раздел 18. Этапы катаболизма.
Катаболизм у всех организмов подразделяется на несколько этапов: подготовительный (расщепление), бескислородный (неполное окисление) и дыхание (полное окисление). Итогом совокупности реакций является полное расщепление веществ до неорганических составляющих, в частности – глюкозы до воды и углекислого газа с созданием энергетических молекул АТФ.
Суммарное уравнение расщепления глюкозы:
С6H12O6 + 6O2 + 38 Н3РО4 + 38 АДФ → 44 H2O+ 6CO2 + 38 АТФ
Тема IV. Основы цитологии:
Цитология – наука о клетке. Изучает строение и функции клеток.
Раздел 19. Клеточная теория.
Клетки – это:
1. структурные единицы всего живого;
2. функциональные единицы живых организмов и проявляют весь комплекс жизненных функций (питание, рост, размножение …);
3. единица развития всего живого. Новые клетки образуются только в результате деления исходной (материнской) клетки;
4. генетическая единица. В хромосомах клетки содержится информация о развитии всего организма;
5. клетки всех организмов сходны по химическому составу, строению и функциям.
Раздел 20. Строение прокариотической и эукариотической клетки.
Раздел 21. Органеллы клетки — их форма, строение и функции.
Раздел 22. Различия между растительной, животной и клеткой грибов.
Растительные клетки отличаются наличием толстой целлюлозной клеточной стенки, пластид, крупной центральной вакуоли, смещающей ядро к периферии. Клеточный центр высших растений не содержит центриоли. Запасным углеводом является крахмал.
Клетки грибов имеют клеточную стенку, содержащую хитин (как у насекомых), в цитоплазме имеется центральная вакуоль, отсутствуют пластиды. Только у некоторых грибов в клеточном центре встречается центриоль. Главным резервным углеводом является гликоген.
Животные клетки не имеют клеточной стенки, не содержат пластид и центральной вакуоли, для клеточного центра характерна центриоль. Запасным углеводом является гликоген.
Раздел 23. Клеточный цикл.
Клеточный цикл (жизненный цикл клетки) – это существование клетки от момента ее возникновения в результате деления материнской клетки до ее собственного деления или смерти.
Основой размножения и индивидуального развития организмов является деление клетки. Известно три способа деления эукариотических клеток: амитоз (прямое деление), митоз (непрямое деление) и мейоз (редукционное деление).
Амитоз — или непрямое деление, редкий способ деления клетки, характерный для стареющих или опухолевых клеток, он также встречается у одноклеточных организмов, а также в некоторых высокоспециализированных, с ослабленной
физиологической активностью клетках тканей растений и животных.
Митотический цикл состоит их четырех периодов: пресинтетического (постмитотического) — G1, синтетического — S, постсинтетического (премитотического) — G2, митоза — М. Первые три периода – это подготовка клетки к делению (интерфаза), четвертый период – само деление (митоз).
Митоз – тип клеточного деления, в результате которого дочерние клетки получают генетический материал, идентичный тому, который содержался в материнской клетке.
Мейоз – тип клеточного деления, сопровождающийся редукцией числа хромосом. В результате из первично диплоидных клеток образуются гаплоидные.
Тема V. Размножение организмов:
Размножение – это способность живых существ воспроизводить себе подобных. При этом обеспечивается непрерывность и преемственность жизни.
Раздел 24. Бесполое размножение.
В процессе бесполого размножения участвует только одна особь. Образования гамет не происходит. Организм либо просто делится на две или более частей, либо формирует специальные структуры, из которых восстанавливаются новые индивиды, генетически идентичные материнской особи.
Различают следующие типы бесполого размножения: деление, споруляция, фрагментация, почкование, вегетативное размножение, клонирование.
Раздел 25. Половое размножение.
Половое размножение характерно для подавляющего большинства — живых существ. Оно складывается из 4 основных процессов:
1. Гаметогенез – образование половых клеток (гамет).
2. Оплодотворение – слияние гамет и образование зиготы.
3. Эмбриогенез – дробление зиготы и формирование зародыша
4. Постэмбриональный период – рост и развитие организма в послезародышевый период.
Тема VI. Эмбриология или Биология индивидуального развития:
Онтогенез (или индивидуальное развитие особи) – это весь период жизни особи с момента слияния сперматозоидов с яйцом и образованием зиготы до гибели организма.
Раздел 26. Эмбриональный период.
Эмбриональный, или эмбриогенез – начинается с момента оплодотворения, представляет собой процесс преобразования зиготы в многоклеточный организм и завершается выходом из яйцевых (зародышевых) оболочек (при личиночном и неличиночном типах развития) либо рождением (при внутриутробном).
Эмбриональный период у большинства многоклеточных животных един и состоит из трёх стадий: дробление, гаструляция, первичный органогенез.
Раздел 27. Постэмбриональный период.
Постэмбриональное (послезародышевое) развитие начинается с момента рождения (при внутриутробном развитии зародыша у млекопитающих) или с момента выхода организма из яйцевых оболочек и продолжается вплоть до смерти живого организма.
Постэмбриональное развитие сопровождается ростом. При этом он может быть ограничен определенным сроком или длиться в течение всей жизни.
Раздел 28. Типы онтогенеза.
Различают два основных типа онтогенеза: прямой и непрямой.
Непрямой (личиночный) тип развития проходят многие виды беспозвоночных и некоторые позвоночные животные (рыбы, земноводные). У них в процессе развития формируются одна или несколько личиночных стадий.
Прямой яйцекладный тип развития встречается у ряда беспозвоночных, а так же у рыб, пресмыкающихся, птиц и некоторых млекопитающих, яйца которых богаты желтком. При этом зародыш длительное время развивается внутри яйца.
Прямой внутриутробный тип развития характерен для высших млекопитающих и человека, яйцеклетки которых почти лишены желтка. Все жизненные функции зародыша осуществляются через материнский организм. Для этого из тканей матери и зародыша развивается плацента. Завершается этот тип развития процессом деторождения.
Тема VII. Основы генетики:
Генетика (от греч. genesis - происхождение) – наука о наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими.
Раздел 29. Основные понятия и методы.
Хромосома – структурное образование ядра клеток, содержащее гены.
Ген – участок молекулы ДНК, кодирующий синтез одной макромолекулы.
Аллели — различные состояния одного и того же гена, располагающиеся в определенном локусе (участке) гомологичных хромосом и определяющие развитие одного какого-то признака. Состояние может быть доминантным или рецессивным.
Генотип – совокупность всех генов организма. Фенотип – совокупность всех признаков организма.
Основным методом генетики с момента возникновения науки является – гибридологический метод. Наряду с ним используются: Генеалогический метод (метод родословных), Близнецовый, Цитогенетический, Биохимический и Популяционный метод
Раздел 30. Положения хромосомной теории.
– Каждый ген имеет своё строго определённое положение в хромосоме.
– Гены расположены в хромосоме линейно в строго определённом порядке.
– Причиной появления особей с перекомбинированными признаками является, кроссинговер.
– Чем дальше гены друг от друга расположены в хромосоме, тем больше вероятность кроссинговера между ними.
Раздел 31. Наследственность и законы наследования.
Наследственность — способность организмов передавать из поколения в поколение свои признаки (особенности строения, функции, развития).
Законы наследования признаков:
1. Первый закон Г. Менделя – закон единообразия гибридов первого поколения.
2. Второй закон Г. Менделя – закон расщепления.
3. Третий закон Г. Менделя – закон независимого комбинирования – расщепление по каждому признаку идёт независимо от других признаков.
4. Четвёртый закон Т. Моргана – закон сцепленного наследования.
Раздел 32. Изменчивость и формы изменчивости.
Изменчивость — способность организмов приобретать новые признаки.
Изменчивость бывает:
1. Ненаследственная (модификационная) изменчивость.
2. Наследственная (генотипическая) изменчивость.
Последняя, подразделяется на комбинативную, возникающую в результате образования у потомков новых комбинаций уже существующих генов в процессе полового размножения и мутационную, возникающую в результате мутаций. Мутации — качественные или количественные изменения ДНК организмов, приводящие к изменениям их генотипа.
Раздел 33. Селекция.
От латинского selectio – отбор, представляет собой науку о создании новых и улучшении существующих пород домашних животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.
Раздел 34. Генная инженерия. (Тема для самостоятельного изучения.)
Генная инженерия – искусственная перестройка генома, которая позволяет встраивать в геном организма одного вида, гены другого вида. Например, встраивая в генотип кишечной палочки соответствующий ген человека, получают гормон инсулин.
История генной инженерии была начата с открытия в 1967-1968 гг. ферментов ДНК-лигазы и рестрикционных эндонуклеаз. Используя эти ферменты, в 1972 г. П.Берг (США) впервые сконструировал рекомбинантные молекулы ДНК путем объединения ДНК из двух различных организмов.
Применяя эту же методику, в 1973 г. С. Коэн и А. Чанг (США) тоже получили рекомбинантные молекулы ДНК, что позволило довольно легко манипулировать с ДНК того или иного организма. Следует добавить, что в 1983 г. была разработана полимеразная цепная реакция (К. Миле), позволяющая осуществлять быстрый синтез желаемых фрагментов ДНК в многочисленных копиях за короткое время.
Генную инженерию составляет совокупность различных экспериментальных приемов (методик), обеспечивающих конструкции (реконструкцию) и клонирование молекул ДНК (генов) с заданными целями.
Методы генной инженерии используют в определенной последовательности, причем различают несколько стадий выполнения типичного генно-инженерного эксперимента, направленного на клонирование какого-либо гена, а именно:
1. Выделение ДНК из клеток интересующего организма (исходного) и выделение ДНК-вектора.
2. Разрезание (рестрикция) ДНК исходного организма на фрагменты, содержащие интересующие гены, с помощью одного из ферментов-рестриктаз и выделение этих генов из образованной рестрикционной смеси. Одновременно разрезают (рестрикциируют) векторную ДНК, превращая ее из кольцевой структуры в линейную.
3. Смыкание интересующего сегмента ДНК (гена) с ДНК вектора с целью получения гибридных молекул ДНК.
4. Введение гибридных молекул ДНК путем трансформации и какой-либо другой организм, например, в Е. соli или в соматические клетки.
5. Высев бактерий, в которые вводили гибридные молекулы ДНК, на питательные среды, позволяющие рост только клеток, содержащих гибридные молекулы ДНК.
6. Идентификация колоний, состоящих из бактерий, содержащих гибридные молекулы ДНК.
7. Выделение клонированной ДНК (клонированных генов) и ее характеристика, включая секвенирование азотистых оснований в клонированном фрагменте ДНК.
ДНК (исходная и векторная), ферменты, клетки, в которых клонируют ДНК – все это называют «инструментами» генной инженерии.
Тема VIII. Гистология:
Наука, изучающая ткани, называется гистологией.
Для клеток многоклеточных организмов характерна специализация и объединение, в результате которых они образуют структуры, получившие название тканей, из которых формируются органы.
Раздел 35. Ткани растений.
У растений выделяют простые ткани – состоящие из одного вида клеток: паренхима, колленхима, склеренхима; и состоящие из нескольких типов клеток: ксилема (древесина), флоэма (луб).
Раздел 36. Ткани животных.
У животных выделяют: эпителиальную ткань, соединительную ткань, мышечную ткань, нервную ткань, кровь и лимфу.
Тема IX. Теория эволюции:
Эволюция (от лат. evolutio - развёртывание), в широком смысле синоним развития, в более узком смысле - один из основных типов развития: медленные, постепенные количественные, и качественные, изменения. Эволюция биологическая – историческое развитие организмов.
Эволюционное учение или теория эволюции – наука, изучающая историческое развитие жизни: причины, закономерности и механизмы. Различают макро- и микроэволюцию.
Микроэволюция – это эволюционные процессы на уровне популяций, приводящие к образованию новых видов.
Макроэволюция – это эволюция надвидовых таксонов, в результате которой формируются более крупные систематические группы.
Раздел 37. Доказательство эволюции живого мира.
1. Геологические.
2. Палеонтологические.
3. Данные сравнительной анатомии.
4. Эмбриологические.
5. Биогеографические.
Раздел 38. Основные положения эволюционного учения Ч. Дарвина.
Автор подлинно научной теории эволюции является английский
естествоиспытатель Чарльз Роберт Дарвин (1809 – 1882). Главным трудом является книга «Происхождение видов путём естественного отбора или сохранение благоприятствуемых
пород в борьбе за жизнь» (1859)
Разделы эволюционного учения Ч. Дарвина:
1. Совокупность доводов в пользу исторического развития организмов.
2. Каждый вид способен к неограниченному размножению.
3. Ограниченность жизненных ресурсов препятствует реализации потенциальной возможности беспредельного размножения. Большая часть особей гибнет в борьбе за существование и не оставляет потомства.
4. Движущими силами эволюции являются наследственность, изменчивость и естественный отбор.
5. Формы борьбы за существование – межвидовая, внутривидовая и борьба с неблагоприятными условиями среды.
6. Основной путь эволюционных преобразований – дивергенция – явление расхождения признаков, ведущих к видообразованию.
7. Эволюция носит приспособительный характер. В результате действия естественного отбора сохраняются особи с полезными для их процветания признаками.
Раздел 39. Факторы эволюции:
Элементарным эволюционным явлением служит мутация. Элементарные факторы эволюции – это факторы, изменяющие частоту аллелей и генотипов в популяции (или генетическую структуру популяции). К ним относятся:
1. Популяционные волны, волны жизни – периодические и непериодические колебания численности популяции, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения.
2. Дрейф генов – случайное ненаправленное изменение частот аллелей и генотипов в популяциях.
3. Естественный отбор – процесс, в результате которого выживают и оставляют после себя потомство преимущественно особи с полезными для популяции свойствами. Различают три его основные формы:
Движущий, способствует сдвигу среднего значения признаков и появлению новых форм.
Стабилизирующий, направлен на сохранение установившегося в популяции среднего значения признака.
Разрывающий или дезруптивный, благоприятствующий более чем одному фенотипическому оптимуму и действующий против промежуточных форм.
4. Изоляция – возникновение разных факторов, препятствующих свободному скрещиванию. Она бывает:
Географическая (или пространственная) изоляция связана с разрывом единого ареала обитания вида на не сообщающиеся между собой части.
Экологическая изоляция связана с предпочтением конкретного место обитания.
Этологическая изоляция — осложнения спаривания, обусловленные особенностями поведения.
Раздел 40. Микроэволюция.
Элементарной единицей эволюции является популяция. Эволюционируют не особи, а группы особей составляющие популяцию, они являются объектом действия естественного отбора.
Видообразование, т.е. появление нового вида – это завершающий этап эволюции.
Различают аллопатрическое (географическое) и симпатрическое видообразование. Первая происходит при появлении географической преграды между популяциями, другая в результате биологической изоляции: генетических изменений и полиплоидии.
Эволюционный процесс носит приспособительный характер. В результате действия естественного отбора сохраняются особи с полезными для их процветания признаками. Они обусловливают хорошую, но не абсолютную, приспособленность организмов к тем условиям, в которых живут: Покровительственная окраска развита у видов, которые живут открыто и могут оказаться доступными для врагов. Маскировка — приспособление, при котором форма тела и окраска животных сливаются с окружающими предметами. Мимикрия — подражание менее защищенного организма одного вида более защищенному организму другого вида (или предметам среды). Предупреждающая (угрожающая) окраска.
Раздел 41. Макроэволюция.
Основными процессами макроэволюции являются диверге