§36. Оплодотворение
Оплодотворение (или сингамия ) – это процесс слияния мужских и женских половых клеток, сопровождающийся объединением геномов, в результате которого образуется оплодотворённая яйцеклетка (зигота)
· Зигота – клетка, представляющая собой дочернюю особь на наиболее ранней стадии развития
· Оплодотворение влечёт:
- активацию яйца , т. е. побуждение его к развитию (является следствием значительных сдвигов в обмене веществ яйцеклетки, которые сопутствуют оплодотворению)
- кариогамию – образование диплоидного ядра зиготы в результате слияния гаплоидных ядер гамет, несущих генетическую информацию двух родительских организмов
· Выделяют несколько типов оплодотворения:
q Изогамия – зигота образуется в результате слияния гамет, морфологически неотличимых (равных)
q Гетерогамия – зигота образуется в результате слияния отличающихся по ряду морфологических и функциональных признаков гамет
Механизм оплодотворения у животных (млекопитающих, человека)
· Процесс оплодотворения происходит в маточной (фаллопиевой) ,трубе куда после овуляции из яичника попадают овоциты II порядка и многочисленные сперматозоиды
· Процесс оплодотворения начинается с акросомальной реакции , которая осуществляется в момент соприкосновения головки сперматозоида с поверхностью вторичного овоцита (при соприкосновении акросома разрывается, а её содержимое, включающее ряд ферментов, в частности протеазу, высвобождается и разрушает фолликулярные клетки, окружающие яйцо и оболочки яйца
· Акросома вытягивается, образуя акросомальный отросток, сливающийся с цитоплазматической мембраной овоцита II
· По акросомальному отростку сперматозоид проникает во вторичный овоцит (вторичный овцит после проникновения в него сперматозоида претерпевает второе мейотическое деление, в результате которого образуется яйцеклетка и вторичный полоцит)
· После проникновения сперматозоида яйцеклетка формирует (отслаивает) на поверхности толстую непроницаемую оболочку оплодотворения , препятствующую проникновению других сперматозоидов
v В оплодотворении участвуют огромное число сперматозоидов (десятки и сотни миллионов) , поскольку только их значительное их число даёт достаточное количество ферментов, необходимых для проникновения сперматозоидов в яйцеклетку
v В оболочке яйцеклетки некоторых животных существует число крошечное отверстие – микропиле , через которое проникает сперматозоид
v Встрече гамет способствует выделение яйцеклетками растений и животных в окружающую среду химических веществ – гомонов , активизирующих сперматозоиды к направленному движению
v Различают:
- моноспермию , при которой в яйцо проникает только один сперматозоид (у водных животных и позвоночных)
- полиспермию , в результате которой в яйцо проникают множество сперматозоидов, но только один из них осуществляет кариогамию (слияние ядер) ; характерна для части птиц и рептилий, насекомых, рыб
· Клеточная оболочка сперматозоида разрушается, или встраивается в мембрану яйцеклетки, образуя мозаичную мембрану зиготы, а его ядро высвобождается
· Гаплоидные ядра яйцеклетки и сперматозоида набухают, образуя мужской и женский пронуклеусы
· Происходит слияние мужского и женского пронуклеусов (кариогамия ) с образованием диплоидного ядра –зиготы (именно этот момент можно назвать собственно оплодотворением )
· В результате из двух гаплоидных гамет образуется одна диплоидная клетка – зигота
· Процесс, обеспечивающий встречу гамет называется осеменением ; различают наружное, внутреннее и смешаное осеменение
q Наружное осеменение (оплодотворение) – осуществляется во внешней среде, куда попадают мужские и женские гаметы и где происходит их взаимодействие и, в значительной мере, случайное оплодотворение (лучше всего для этой цели подходит водная среда – так осуществляется оплодотворение у рыб и бесхвостых амфибий) ; это примитивный и довольно ненадёжный способ соединения гамет, осуществляющийся по типу моноспермии и характерный для большинства видов, обитающих и размножающихся в воде
q Внутреннее осеменение (оплодотворение) – выделяемая самцом семенная жидкость, содержащая сперматозоиды, вводится в половые пути самки (этот тип характерен для всех наземных позвоночных животных _ рептилий, птиц и млекопитающих, членистоногих
v Оплодотворение яйцеклеток млекопитающих, включая человека, возможно в пробирке, а развившиеся зародыши могут быть имплантированы в матку женщины, где они подвергаются дальнейшему нормальному развитию; известно немало случаев рождения « пробирочных детей »
q Смешанное , или сперматофорное осеменение (оплодотворение ) - спермии, заключённые в специальном « пакете » - сперматофоре , откладываются самцом во внешнюю среду, а затем самки клоакой или другим путём захватывают их и вводят внутрь тела (этот тип характерен для некоторых хвостатых амфибий - тритоны, саламандры и членистоногих
· Различают также:
q перекрестное оплодотворение – процесс слияния половых клеток разных особей
q самооплодотворение – слияние гамет, продуцируемых одним и тем же организмом (встречается среди гермафродитов, да и то в исключительных случаях)
Конец работы -
Эта тема принадлежит разделу:
Сущность жизни
Живая материя качественно отличается от неживой огромной сложностью и высокой структурной и функциональной упорядоченностью.. Живая и неживая материя сходны на элементарном химическом уровне т е.. Химические соединения вещества клетки..
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
| Твитнуть |
Все темы данного раздела:
Мутационный процесс и резерв наследственной изменчивости
· В генофонде популяций происходит непрерывный мутационный процесс под действием мутагенных факторов
· Чаще мутируют рецессивные аллели (кодируют менее устойчивую к действию мутагенных фа
Частота аллелей и генотипов (генетическая структура популяции)
Генетическая структура популяции - соотношение частот аллелей (А и а) и генотипов (АА, Аа, аа)в генофонде популяции
Частота аллеля
Цитоплазматическая наследственность
· Имеются данные, необъснимые с точки зрения хромосомной теории наследственности А. Вейсмана и Т. Моргана (т. е. исключительно ядерной локализации генов)
· Цитоплазма участвует в ре
Плазмогены митохондрий
· Одна миотохондрия содержит 4 - 5 кольцевых молекул ДНК длинной около 15 000 пар нуклеотидов
· Содержит гены:
- синтеза т РНК, р РНК и белков рибосом, некоторых ферментов аэро
Плазмиды
· Плазмиды - очень короткие, автономно реплицирующиеся кольцевые фрагменты молекулы ДНК бактерий, обеспечивающие нехромосомную передачу наследственной информации
Изменчивость
Изменчивость - общее свойство всех организмов приобретать структурно - функциональные отличия от своих предков.
Мутационная изменчивость
Мутации - качественные или количественные ДНК клеток организма, приводящие к изменениям их генетического аппарата (генотипа)
· Мутационная теория созд
Причины мутаций
Мутагенные факторы (мутагены) - вещества и воздействия, способные индуцировать мутационный эффект (любые факторы внешней и внутренней среды, которые м
Частота мутаций
· Частота мутирования оьтдельных генов широко варьирут и зависит от состояния организма и этапа онтогенеза (обычно растёт с возрастом) . В среднем каждый ген мутирует один раз в 40 тысяч лет
Генные мутации (точковые, истинные)
Причина - изменение химической структуры гена (нарушение последовательности нуклеотидов в ДНК: * генные вставки пары или нескольких нуклеотидов
Хромосомные мутации (хромосомные перестройки, аберрации)
Причины- вызываются значительными изменениями в структуре хромосом (перераспределении наследственного материала хромосом)
· Во всех случаях возникают в результате ра
Полиплоидия
Полиплоидия - кратное увеличение числа хромосом в клетке (гаплоидный набор хромосом -n повторяется не 2 раза, а множество раз - до 10 -1
Значение полиплоидии
1. Полиплоидия у растений характеризуется увеличением размеров клеток, вегетативных и генеративных органов - листье, стеблей, цветов, плодов, корнеплодов и проч. , у
Анеуплоидия (гетероплоидия)
Анеуплоидия (гетероплоидия) - изменение числа отдельных хромосом не кратное гаплоидному набору (при этом одна или несколько хромосом из гомологичной пары норма
Соматические мутации
Соматические мутации - мутации, возникающие в соматических клетках организма
· Различают генные, хромосомные и геномные соматические мутации
Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости
· Открыт Н. И. Вавиловым на основе изучения дикой и культурной флоры пяти континентов
5.Мутационный процесс у генетически близких видов и родов протекает параллельно, в р
Комбинативная изменчивость
Комбинативная изменчивость - изменчивость, возникающая в результате закономерной перекомбинации аллелей в генотипах потомков, вследствие полового размножения
Фенотипическая изменчивость (модификационная или ненаследственная)
Модификационная изменчивость - эволюционно закреплённые приспособительные реакции организма на изменение внешней среды без изменения генотипа
Значение модификационной изменчивости
1. большинство модификаций имеет приспособительное значение и способствует адаптации организма к изменению внешней среды
2. может вызывать негативные изменения -морфозы
Статистические закономерности модификационной изменчивости
· Модификации отдельного признака или свойства, измеряемые количественно, образуют непрерывный ряд (вариационный ряд) ; его нельзя построить по неизмеряемому признаку или признаку, суще
Вариационнвя кривая распределения модификаций в вариционном ряд
V - варианты признака
Р - частота встречаемости вариантов признака
Мо - мода, или наиболее
Различия в проявлении мутаций и модификаций
Мутационная (генотипическая) изменчивость
Модификационная (фенотипическая) изменчивость
1. Связана с изменением гено - и кариотипа
Особенности человека как объекта генетических исследований
1. Невозможен целенапрвленный подбор родительских пар и экспериментальные браки (невозможность экспериментального скрещивания)
2. Медленная смена поколений, происходящая в среднем через
Методы изучения генетики человека
Генеалогический метод
· В основе метода лежит составление и анализ родословных (введён в науку в конце XIX в. Ф. Гальтоном) ; суть метода состоит в прослеживании нас
Близнецовый метод
· Метод заключается в изучении закономерностей наследования признаков у одно - и двуяйцевых близнецов (частота рождения близнецов составляет один случай на 84 новорождённых)
Цитогенетический метод
· Заключается в визуальном изучении митотических метафазных хромосом под микроскопом
· Основан на методе дифференциального окрашивания хромосом (Т. Касперсон,
Метод дерматоглифики
· Основан на изучении рельефа кожи на пальцах, ладонях и подошвенных поверхностях стоп (здесь имеются эпидермальные выступы -гребни,которые образуют сложные узоры) , этот признак наследуе
Популяционно - статистический метод
· Основан на статистической (математической) обработке данных о наследовании в больших группах населения (популяциях - группах, отличающихся по национальности, вероисповеданию, расам, профес
Метод гибридизации соматических клеток
· Основан на размножении соматических клеток органов и тканей вне организма в питательных стерильных средах (клетки чаще всего получают из кожи, костного мозга, крови, эмбрионов, опухолей) и
Метод моделирования
· Теоретическую основу биологического моделирования в генетике даёт закон гомологических рядов наследственной изменчивости Н.И. Вавилова
· Для моделирования определённы
Генетика и медицина (медицинская генетика)
· Изучает причины возникновения, диагностические признаки, возможности реабилитации и профилактики наследственных болезней человека (мониторинг генетических аномалий)
Хромосомные болезни
· Причиной является изменение числа (геномные мутации) или структуры хромосом (хромосомные мутации) кариотипа половых клеток родителей (аномалии могут возникать на разн
Полисомии по половым хромосомам
Трисомия - X (синдром Трипло X) ; Кариотип (47 , XXX)
· Известны у женщин; частота синдрома 1: 700 (0,1 %)
· Н
Наследственные болезни генных мутаций
· Причина - генные (точечные) мутации (изменение нуклеотидного состава гена - вставки, замены, выпадения, переносы одного или нескольких нуклеотидов; точное количество генов у человека неизв
Болезни, контролируемые генами, локализованными на X- илиY-хромосоме
Гемофилия - несвёртываемость крови
Гипофосфатемия - потеря организмом фосфора и недостаток кальция, размягчение костей
Мышечная дистрофия -нарушения структур
Генотипический уровень профилактики
1. Поиск и применение антимутагенных защитных веществ
Антимутагены (протекторы) - соединения, нейтрализующие мутаген до его реакции с молекулой ДНК или снимающие её
Лечение наследственных болезней
1. Симптоматическое и патогенетическое- воздействие на симптомы болезни (генетический дефект сохраняется и передаётся потомству)
n диетотер
Взаимодействие генов
Наследственность - совокупность генетических механизмов, обеспечивающих сохранение и предачу структурно-функциональной организации вида в ряду поколений от предков п
Взаимодействие аллельных генов (одной аллельной пары)
· Выделяют пять типов аллельных взаимодействий:
1. Полное доминирование
2. Неполное доминирование
3. Сверхдоминирование
4. Кодоминирова
Комплементарность
Комплементарность - явление взаимодействия нескольких неаллельных доминантных генов, приводящее к возникновению нового признака, отсутствующего у обоих родителей
Полимерия
Полимерия - взаимодействие неаллельных генов, при котором развитие одного признака происходит только под действием нескольких неаллельных доминантных генов (полиген
Плейотропия (множественное действие гена)
Плейотропия - явление влияния одного гена на развитие нескольких признаков
· Причина плейотропного влияния гена в действии первичного продукта эт
Основы селекции
Селекция (лат. selektio – отбор) – наука и отрасль с.-х. производства, разрабатывающая теорию и методы создания новых и улучшения существующих сортов растений, пород животны
Одомашнивание как первый этап селекции
· Культурные растения и домашние животные произошли от диких предков; этот процесс называют одомашниванием или доместикацией
· Движущая сила доместикации – иску
Центры происхождения и многообразия культурных растений (по Н. И. Вавилову)
Название центра
Географическое положение
Родина культурных растений
Искусственный отбор (подбор родительских пар)
· Известны два вида искусственного отбора: массовый и индивидуальный
Массовый отбор –выделение, сохранение и использование для размножения организмов, обладающих
Гибридизация (скрещивание)
· Позволяет сочетать определённые наследственные признаки в одном организме, а также избавляться от нежелательных свойств
· В селекции применяют различные системы скрещивания
&n
Родственное скрещивание (инбридинг)
Инбридинг– скрещивание особей, имеющих близкую степень родства: брат – сестра, родители – потомство (у растений наиболее тесная форма инбридинга осуществляется при самоо
Неродственное скрещивание (аутбридинг)
· При скрещивании неродственных особей вредные рецессивные мутации, находящиеся в гомозиготном состоянии переходят в гетерозиготное и не оказывают негативного влияния на жизнеспособность организма
Гетерозис
Гетерозис (гибридная сила) – явление резкого увеличения жизнеспособности и продуктивности гибридов первого поколения при неродственном скрещивании (межпо
Индуцированный (искусственный) мутагенез
· Частота с спектр мутаций резко повышается при воздействии мутагенов (ионизирующих излучений, химических веществ, экстремальных условий внешней среды и т. д.)
· Примене
Межлинейная гибридизация у растений
· Заключается в скрещивании чистых (инбредных) линий, полученных в результате длительного принудительного самоопыления перекрёстноопыляющихся растений с целью получения максим
Вегетативное размножение соматических мутаций у растений
· Метод основан на выделении и отборе полезных соматических мутаций по хозяйственным признакам у лучших старых сортов (возможен только в селекции растений)
Методы селекционно-генетической работы И. В. Мичурина
1. Систематически отдалённая гибридизация
а) межвидовая: Вишня владимирская х черешня Винклера = вишня Краса севера (зимостойкость) б) межродовая
Полиплоидия
· Полиплоидия – явление кратного основному числу (n) увеличения числа хромосом в соматических клетках организма (механизм образования полиплоидов и
Клеточная инженерия
· Культивирование отдельных клеток или тканей на искусственных стерильных питательных средах, содержащих аминокислоты, гормоны, минеральные соли и другие питательные компоненты (
Хромосомная инженерия
· Метод основывается на возможности замены или добавлении новых отдельных хромосом у растений
· Возможно уменьшение или увеличение числа хромосом в любой гомологичной паре – анеуплоидия
Селекция животных
· Имеет ряд особенностей по сравнению с селекцией растений, объективно затрудняющих её проведение
1. Характерно в основном только половое размножение (отсутствие вегетати
Одомашнивание
· Началось около 10 – 5 тыс. назад в эпоху неолита (ослабило действие стабилизирующего естественного отбора, что привело к увеличению наследственной изменчивости и повышению эффективности отбора
Скрещивание (гибридизация)
· Существуют два метода скрещивания: родственное (инбридинг) и неродственное (аутбридинг)
· При подборе пары учитывают родословные каждого производителя (племенные книги, учи
Неродственно скрещивание (аутбридинг)
· Может быть внутрипородное и межпорордное, межвидовое или межродовое (систематически отдалённая гибридизация)
· Сопровождается эффектом гетерозиса гибридов F1
Проверка племенных качеств производителей по потомству
· Существуют хозяйственные признаки, проявляющиеся только у самок (яйценоскость, молочность)
· Самцы участвуют в формировани этих признаков у дочерей (необходимо проверять самцов на ц
Селекция микроорганизмов
· Микроорганизмы (прокариоты – бактерии, синезелёные водоросли; эукариоты – одноклеточные водоросли, грибы, простейшие) – широко используются в промышленности, сельском хозяйстве, медици
Этапы селекции микроорганизмов
I. Поиски природных штаммов, способных к синтезу необходимых человеку продуктов
II.Выделение чистого природного штамма (происходит в процессе многократного пересеивания п
Задачи биотехноглгии
1. Получение кормового и пищевого белка из дешового природного сырья и отходов промышленности (основа решения продовольственной проблемы)
2. Получение достаточного количесства
Продукция микробиологического синтеза
q Кормовой и пищевой белок
q Ферменты (широко применяются в пищевой, спиртовой, пивоваренной, винодельческой, мясной, рыбной, кожевенной, текстильной и др. пр
Этапы технологического процесса микробиологического синтеза
I этап – получение чистой культуры микроорганизмов, содержащей лишь организмы одного вида или штамма
· Каждый вид хранится в отдельной пробирке и поступает на производство и
Генная (генетическая) инженерия
Генная инженерия – это область молекулярной биологии и биотехнологии, занимающаяся созданием и клонированием новых генетических структур (рекомбинантных ДНК) и организмов с заданными н
Стадии получение рекомбинантных (гибридных) молекул ДНК
1. Получение исходного генетического материала – гена, кодирующего интересующий белок(признак)
· Необходимый ген может быть получен двумя способами: искусственный синтез или выд
Достижения генной инженерии
· Введение генов эукариот в бактерии используется для микробиологического синтеза биологически активных веществ, которые в природе синтезируются только клетками высших организмов
· Синтез
Проблемы и перспективы генной инженерии
· Изучение молекулярных основ наследственных заболеваний и разработка новых методов их лечения, изыскание методов исправления повреждений отдельных генов
· Повышение сопротивляемости орга
Хромосомная инженерия у растений
· Заключается в возможности биотехнологической замены отдельных хромосом в гаметах растений или добавления новых
· В клетках каждого диплоидного организма имеются пары гомологичных хромосо
Метод культуры клеток и тканей
· Метод представляет собой выращивание отдельных клеток, кусочков тканей или органов вне организма в искусственных условиях на строго стерильных питательных средах с постоянными физико-химическими
Клониальное микроразмножение растений
· Культивирование клеток растений относительно несложно, среды просты и дёшевы, а культура клеток неприхотлива
· Метод культуры клеток растений состоит в том, что отдельная клетка или т
Гибридизация соматических клеток (соматическая гибридизация) у растений
· Протопласты растительных клеток без жёстких клеточных стенок могут сливаться друг с другом, образуя гибридную клетку, обладающую признаками обоих родителей
· Даёт возможность получать
Клеточная инженерия у животных
Метод гормональной суперовуляции и трансплантации эмбрионов
· Выделение от лучших коров десятков яйцеклеток в год способом гормональной индуктивной полиовуляции (вызывается
Гибридизация соматических клеток у животных
· Соматические клетки содержат весь объём генетической информации
· Соматические клетки для культивирования и последующей гибридизации у человека получают из кожи, ко
Получение моноклониальных антител
· В ответ на введение антигена (бактерии, вирусы, эритроциты и др.) органимизм продуцирует с помощью В – лимфоцитов специфические антитела, которые представляют собой белки, называемые имм
Экологическая биотехнология
· Очистка воды путё создания очистных сооружений, работающих с использованием биологических методов
q Окисление сточных вод на биологических фильтрах
q Утилизация органических и
Биоэнергетика
Биоэнергетика – направление биотехнологии, связанное с получением энергии из биомассы при помощи микроорганизмов
· Одним из эффективных методов получения энергии из биом
Биоконверсия
Биоконверсия – это превращение веществ, образовавшихся в результате обмена веществ, в структурно родственные соединения под действием микроорганизмов
· Целью биоконверсии я
Инженерная энзимология
Инженерная энзимология – область биотехнологии, использующая ферменты в производстве заданных веществ
· Центральным методом инженерной энзимологии является иммобилиза
Биогеотехнология
Биогеотехнология – использование геохимической деятельности микроорганизмов в горнодобывающей промышленности (рудной, нефтяной, угольной)
· С помощью микроо
Границы биосферы
· Определяются комплексом факторов; к общим условиям существования живых организмов относятся:
1. наличие жидкой воды
2. наличие ряда биогенных элементов (макро- и микроэлемент
Свойства живого вещества
1. Содержат огромный запас энергии, способной производить работу
2. Скорость протекания химических реакции в живом веществе в миллионы раз быстрее обычных благодаря участию ферментов
Функции живого вещества
· Выполнятся живой материей в процессе осуществления жизнедеятельности и биохимических превращений веществ в реакциях метаболизма
1. Энергетическая – трансформация и усвоение живым
Биомасса суши
· Континентальная часть биосферы – суша занимает 29% (148 млн км2)
· Неоднородность суши выражается наличием широтной зональности и высотной зональностью
Биомасса почвы
· Почва – смесь разложившихся органических и выветренных минеральных веществ; минеральный состав почвы включает кремнезём (до 50%) , глинозём (до 25%) , оксид железа, магния, калия, фосфора
Биомасса Мирового океана
· Площадь Мирового океана (гидросфера Земли) занимает 72,2% всей поверхности Земли
· Вода обладает особыми свойствами, важными для жизни организмов – высокую теплоёмкость и теплопроводн
Биологический (биотический, биогенный, биогеохимический цикл) круговорот веществ
Биотический круговорот веществ – непрерывное, планетарное, относительно циклическое, неравномерное во времени и пространстве закономерное распределение веществ
Биогеохимические циклы отдельных химических элементов
· Биогенные элементы циркулируют в биосфере, т. е. совершают замкнутые биогеохимичесик циклы, которые функционируют под действием биологических (жизнедеятельность) и геологичес
Круговорот азота
· Источник N2 – молекулярный, газообразный, атмосферный азот (не усваивается большинством живых организмов, т. к. химически инертен; растения способны усваивать лишь связанный с ки
Круговорот углерода
· Главный источник углерода – углекислый газ атмосферы и воды
· Круговорот углерода осуществляется благодаря процессам фотосинтеза и клеточного дыхания
· Круговорот начинается с ф
Круговорот воды
· Осуществляется за счёт солнечной энергии
· Регулируется со стороны живых организмов:
1. поглощение и испарение растениями
2. фотолиз в процессе фотосинтеза (разложени
Круговорот серы
· Сера- биогенный элемент живой материи; содержится в белках в составе аминокислот (до 2,5%) , входит в состав витаминов, гликозидов, коферментов, имеется в растительных эфирных маслах
Поток энергии в биосфере
· Источник энергии в биосфере – непрерывное электромагнитное излучение солнца и радиоактивная энергия
q 42% солнечной энергии отражается от облаков, атмосферой пыли и поверхности Земли в
Возникновение и эволюция биосферы
· Живая материя, а вместе с ней и биосфера появилась на Земле вследствие возникновения жизни в процессе химической эволюции около 3,5 млрд лет назад, приведшей к образованию органических веществ
Ноосфера
Ноосфера (букв. сфера разума) – высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и и становлением в ней цивилизованного человечества, когда его разум
Признаки современной ноосферы
1. Возрастающее количество извлекаемых материалов литосферы – рост разработок месторождений полезных ископаемых (сейчас оно превышает 100млрд тонн в год)
2. Массовое потр
Влияние человека на биосферу
· Современное состояние ноосферы характеризуется всё возрастающей перспективой экологического кризиса, многие аспекты которой уже проявляются в полной мере, создавая реальную угрозу сущест
Производство энергии
q Строительство ГЭС и создание водохранилищ вызывает затопление больших территорий и переселение людей, поднятие уровня грунтовых вод, эрозию и заболачивание почвы, оползни, потерю пахотных зем
Производство пищи. Истощение и загрязнение почвы, сокращение площади плодородных почв
q Пахотные земли занимают 10% поверхности Земли (1,2 млрд. га)
q Причина – чрезмерная эксплуатация, несовершенство с\х производства: водная и ветровая эрозия и образование оврагов, в
Сокращение природного биологического разнообразия
q Хозяйственная деятельность человека в природе сопровождается изменением численности видов животных и растений, вымиранию целых таксонов, снижению разнообразия живого
q В настоящее врем
Кислотные осадки
q Увеличение кислотности дождей, снега, туманов вследствие выброса в атмосферу окислов серы и азота от горения топлива
q Кислые осадки снижают урожай, губят естественную растительность
Пути решения экологических проблем
· Человек в дальнейшем будет эксплуатировать ресурсы биосферы во всё более возрастающих масштабах, поскольку эта эксплуатация – непременное и главное условие самого существования ч
Рациональное потребление и управление природными ресурсами
q Максимально полное и комплексное извлечение из месторождений всех полезных ископаемых (из-за несовершенства технологии добычи из месторождений нефти извлекается лишь 30-50% запасов
q Рек
Экологическая стратегия развития сельского хозяйства
q Стратегическое направление - повышение урожайности для обеспечения продовольствием растущего населения без увеличения посевных площадей
q Повышение урожайности с\х культур без негативны
Свойства живой материи
1. Единство элементарного химического состава (98% приходится на углерод, водород, кислород и азот)
2. Единство биохимического состава – все живые органи
Гипотезы происхождения жизни на Земле
· Существую две альтернативные концепции о возможности происхождения жизни на Земле:
q абиогенез – возникновение живых организмов из веществ неорганической природы
Стадии развития Земли (химические предпосылки возникновения жизни)
1. Звездная стадия истории Земли
q Геологическая история Земли началась более 6 морд. лет назад, когда Земля представляла собой раскалённый свыше 1000
Возникновение процесса самовоспроизведения молекул (биогенного матричного синтеза биополимеров)
1. Произошло вследствие взаимодействия коацерватов с нуклеиновыми кислотами
2. Все необходимые компоненты процесса биогенного матричного синтеза:
- ферменты - белки
- пр
Предпосылки возникновения эволюционной теории Ч. Дарвина
Социально-экономические предпосылки
1. В первой половине XIX в. Англия стала одной из самых развитых в хозяйственном отношении стран мира с высоким уровне
· Изложены в книге Ч. Дарвина « О происхождение видов путём естественного отбора или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь » , которая вышла
Изменчивость
Обоснование изменяемости видов
· Для обоснования положения об изменчивости живых существ Ч. Дарвин воспользовался распространёнными
Коррелятивная (соотносительная) изменчивость
· Изменение структуры или функции одной части организма обуславливает согласованное изменение другой или других, поскольку организм - целостная система, отдельные части которой тесно связаны межд
Основные положения эволюционного учения Ч. Дарвина
1. Все виды живых существ, населяющих Землю, никогда и никем не были созданы, а возникли естественным путём
2. Возникнув естественным путём, виды медленно и постепенно
Развитие представлений о виде
· Аристотель- пользовался понятием вида при описании животных, которое не имело научного содержания и использовалось как логическое понятие
· Д. Рэй
Критерии вида (признаки идентификации видовой принадлежности)
· Значение критериев вида в науке и практике – определение видовой принадлежности особей (видовая идентификация)
I. Морфологический – сходство морфологических наследс
Виды популяций
1. Панмиктические - состоят из особей, размножающихся половым путём, перекрёстно оплодотворяющихся.
2. Клониальные- из особей, размножающихся только бе
Мутационный процесс
· Спонтанные изменения наследственного материала половых клеток в виде генных, хромосомных и геномных мутаций происходят постоянно на протяжении всего периода существования жизни под действием мут
Изоляция
Изоляция - прекращение потока генов из популяции в популяцию (ограничение обмена генетической информацией между популяциями)
· Значение изоляции как фа
Первичная изоляция
· Не связана прямо с действием естественного отбора, является следствием внешних факторов
· Приводит к резкому снижению или прекращению миграции особей из других попул
Экологическая изоляция
· Возникает на основе экологических отличий существования разных популяций (разные популяции занимают различные экологические ниши)
v Например, форели озера Севан р
Вторичная изоляция (биологическая, репродуктивная)
· Имеет решающее значение в формировании репродуктивной изоляции
· Возникает вследствие внутривидовых различий организмов
· Возникла в результате эволюции
· Имеет два изо
Миграции
Миграции - перемещение особей (семян, пыльцы, спор) и свойственных им аллелей между популяциями, ведущее к изменению частот аллелей и генотипов в их генофондах
· Общее с
Популяционные волны
Популяционные волны (« волны жизни ») - периодические и непериодические резкие колебания численности особей популяции под действием естественных причин (С. С.
Значение популяционных волн
1. Приводит к ненаправленному и резкому изменению частот аллелей и генотипов в генофонде популяций (случайное выживание особей в период зимовки может увеличить концентрацию данной мутации в 1000 р
Дрейф генов (генетико-автоматические процессы)
Дрейф генов (генетико-автоматические процессы) - случайное ненаправленное, не обусловленное действием естественного отбора, изменение частот аллелей и генотипов в м
Результат дрейфа генов (для малых популяций)
1. Обуславливает утрату (р =0) или фиксацию (р=1) аллелей в гомозоготном состоянии у всех членов популяции вне связи с их адаптивной ценностью - гомозиготизация особей
Естественный отбор - направляющий фактор эволюции
Естественный отбор – процесс преимущественного (селективного, выборочного) выживания и размножения наиболее приспособленных особей и не выживания или не размножения
Борьба за существование Формы естественного отбора
Движущий отбор (Описан Ч. Дарвином, современное учение развито Д. Симпсоном, англ.)
Движущий отбор - отбор в
Стабилизирующий отбор
· Теорию стабилизирующего отбора разработал русский акад. И. И. Шмаьгаузен (1946)
Стабилизирующиё отбор - отбор, действующий в стабильных
Другие формы естественного отбора
Индивидуальный отбор -избирательное выживание и размножение отдельных особей, обладающих преимуществом в борьбе за существование и элиминация других
Основные особенности естественного и искусственного отбора
Естественный отбор
Искусственный отбор
1. Возник с возникновением жизни на Земле (около 3млрд лет назад)
1. Возник в не
Общие признаки естественного и искусственного отбора
1. Исходный (элементарный) материал - индивидуальные признаки организма (наследственные изменения - мутации)
2. Осуществляются по фенотипу
3. Элементарная структура - популяци
Борьба за существование - важнейший фактор эволюции
Борьба за существование - комплекс взаимоотношений организма с абиотическими (физические условия жизни) и биотическими (отношения с другими живыми организмами) фак
Интенсивность размножения
v Одна особь аскариды производит в сутки 200 тыс. яиц; серая крыса даёт 5 помётов в год по 8 крысят, которые становятся половозрелыми в трёхмесячном возрасте; потомство одной дафнии за лето дост
Межвидовая борьба за существование
· Происходит между особями популяций разных видов
· Менее острая, чем внутривидовая, но её напряжённость увеличивается, если разные виды занимают сходные экологические ниши и обладают с
Борьба с неблагоприятными абиотическими факторами окружающей среды
· Наблюдается во всех случаях, когда особи популяции оказываются в экстремальных физических условиях (излишнее тепло, засуха, суровая зима, избыточная влажность, неплодородные почвы, суровые
Основные открытия в области биологии после создания СТЭ
1. Открытие иерархических структур ДНК и белка, в том числе вторичной структуры ДНК - двойной спирали и её нуклеопротеидной природы
2. Расшифровка генетического кода (его триплетнос
Признаки органов эндокринной системы
1. Обладают относительно небольшими размерами (доли или несколько грамм)
2. Анатомически не связаны между собой
3. Синтезируют гормоны
4. Имеют обильную сеть кровеносны
Характеристика (признаки) гормонов
1. Образуются в железах внутренней секреции (нейрогормоны могут синтезироваться в нейросекреторных клетках)
2. Высокая биологическая активность – способность быстро и сильно изменять инт
Химическая природа гормонов
1. Пептиды и простые белки (инсулин, соматотропин, тропные гормоны аденогипофиза, кальцитонин, глюкагон, вазопрессин, окситоцин, гормоны гипоталамуса)
2. Сложные белки – тиреотропин, лют
Гормоны средней (промежуточной) доли
Меланотропный гормон(меланотропин) – обмен пигментов (меланина) в покровных тканях
Гормоны задней доли (нейрогипофиза) – окситрцин, вазопрессин
Гормоны щитовидной железы (тироксин, трийодтиронин)
В состав гормонов щитовидной железы непременно входит йод и амнокислота тирозин (ежедневно в составе гормонов выделяется 0,3 мг. йода, следовательно человек должен ежедневно с пищей и водой получа
Гипофункция щитовидной железы (гипотериоз)
Причиной гипотерозов является хронический дефицит йода в пище и воде
Недостаток секреции гормонов компенсируется за счёт разрастания ткани железы и значительное увеличение её объёма
Гормоны коркового слоя (минералкортикоиды, глюкокортикоиды, половые гормоны)
Корковый слой образован из эпителиальной ткани и состоит из трёх зон: клубочковой, пучковой и сетчатой, имеющих разную морфологию и функции. Гормоны относится к стероидам – кортикостероиды
Гормоны мозгового слоя надпочечников (адреналин, норадреналин)
- Мозговой слой состоит из особых хромаффинных клеток, окрашивающихся в жёлтый цвет, (эти же клетки расположены в аорте, месте разветвления сонной артерии и в симпатических узлах; все они составл
Гормоны поджелудочной железы (инсулин, глюкагон, соматостатин)
Инсулин (секретируется бета-клетками(инсулоцитами), является простейшим белком)
Функции:
1. Регуляция углеводного обмена (единственный сахаропониж
Тестостерон
Функции: 1. Развитие вторичных половых признаков (пропорции тела, мускулатура, рост бороды, волос на теле, психические особенности мужчины и др.)
2. Рост и развитие органов размножения
Яичники
1. Парные органы (размеры около 4 см. , масса 6-8 гр.), расположенные в малом тазу, по обеим сторонам матки
2. Состоят из большого числа (300 -400 тыс.) т. н. фолликулов – структу
Эстрадиол
Функции: 1. Развитие женских половых органов: яйцеводов, матки, влагалища, молочных желёз
2.Формирование вторичных половых признаков женского пола (телосложение, фигура, отложение жира, в
Железы внутренней секреции (эндокринная система) и их гормоны
Эндокринные железы
Гормоны
Функции
Гипофиз:
- передняя доля: аденогипофиз
- средняя доля
- задня
Рефлекс. Рефлекторная дуга
Рефлекс – ответная реакция организма на раздражение (изменение) внешней и внутренней среды, осуществляющуюся с участием нервной системы (основная форма деятельнос
Механизм обратной связи
· Рефлекторная дуга не заканчивается ответной реакцие организма на раздражение (работой эффектора). Все ткани и органы имеют собственные рецепторы и афферентные нервные пути, подходящие к чувствите
Спинной мозг
1. Наиболее древний отдел ЦНС позвоночных (впервые появляется у головохордовых – ланцетника)
2. В процессе эмбриогенеза развивается из нервной трубки
3. Располагается в костном
Скелетно-моторные рефлексы
1. Коленный рефлекс (центр локализуется в поясничном сегменте); рудиментарный рефлекс от животных предков
2. Ахиллов рефлекс (в поясничном сегменте)
3. Подошвенный рефлекс (с
Проводниковая функция
· Спинной мозг имеет двустороннюю связь с головным мозгом (стволовой частью и корой полушарий); через спинной мозг головной мозг связан с рецепторами и исполнительными органами тела
· Св
Головной мозг
· Головной и спинной мозг развиваются у эмбриона из наружного зародышевого листка - эктодермы
· Располагается в полости мозгового черепа
· Покрыт (как и спинной мозг) тремя обол
Продолговатый мозг
2. В процессе эмбриогенеза развивается из пятого мозгового пузыря нервной трубки зародыша
3. Является продолжением спинного мозга (нижней границей между ними является место выхода корешко
Рефлекторная функция
1. Защитные рефлексы: кашель, чихание, мигание, рвота, слёзоотделение
2. Пищевые рефлексы: сосание, глотание, сокоотделение пищеварительных желёз, моторика и перистальтика
Средний мозг
1. В процессе эмбриогенеза из третьего мозгового пузыря нервной трубки зародыша
2. Покрыт белым веществом, серое вещество – внутри в виде ядер
3. Имеет следующие структурные компо
Функции среднего мозга (рефлекторная и проводниковая)
I. Рефлекторная функция(все рефлексы врождённые, безусловные)
1. Регуляция мышечного тонуса при движении, ходьбе, стоянии
2. Ориентировочный рефлекс
Таламус (зрительные бугры)
· Представляет собой парные скопления серого вещества (40 пар ядер), покрытые слоем белого вещества, внутри – III желудочек и ретикулярная формация
· Все ядра таламуса афферентные, чувств
Функции гипоталамуса
1. Высший центр нервной регуляции сердечно-сосудистой системы, проницаемость кровеносных сосудов
2. Центр терморегуляции
3. Регуляция водно-солевого баланса орган
Функции мозжечка
· Мозжечёк соединён со всеми отделами ЦНС; рецепторами кожи, проприорецептрами вестибулярного и двигательного аппарата, подкоркой и корой больших полушарий
· Функции мозжечка исследуют пут
Конечный мозг (большой мозг, большие полушария переднего мозга)
1. В процессе эмбриогенеза развивается из первого мозгового пузыря нервной трубки зародыша
2. Состоит из двух полушарий (правого и левого), разделённых глубокой продольной щелью и соединён
Кора больших полушарий (плащ)
1. У млекопитающих и человека поверхность коры складчатая, покрытая извилинами и бороздами, обеспечивающими увеличение площади поверхности (у человека составляет около 2200 см2
Функции коры больших полушарий
Методы изучения:
1. Электрическое раздражение отдельных участков (метод «вживления» электродов в зоны мозга)
3. 2. Удаление (экстирпация) отдельных участк
Сенсорные зоны(области) коры больших полушарий
· Представляют из себя центральные (корковые) отделы анализаторов, к ним подходят чувствительные (афферентные) импульсы от соответствующих рецепторов
· Занимают небольшую часть кор
Функции ассоциативных зон
1. Связь между различными зонами коры (сенсорными и моторными)
2. Объединение (интеграция) всей чувствительной информации, поступающей в кору с памятью и эмоциями
3. Решающее з
Особенности вегетативной нервной системы
1. Разделяется на два отдела: симпатический и парасимпатический (каждый из них имеет центральную и переферическую части)
2. Не имеет собственных афферентных (
Особенности отделов вегетативной нервной системы
Симпатический отдел
Парасимпатический отдел
1. Центральные ганглии расположены в боковых рогах грудных и поясничных сегментов спинн
Функции вегетативной нервной системы
· Большинство органов тела иннервирует как симпатическая, так и парасимпатическая системы (двойная иннервация)
· Оба отдела оказывают на органы три рода действий – сосудодвигательное,
Влияние симпатического и парасимпатического отдела вегетативной нервной системы
Симпатический отдел
Парасимпатический отдел
1. Учащает ритм, увеличивает силу сердечных сокращений
2. Расширяет коронарные сосуды се
Высшая нервная деятельность человека
Психические механизмы отражения: Психические механизмы проектирования будущего
- ощуще
Особенности (признаки) безусловных и условных рефлексов
Безусловные рефлексы
Условные рефлексы
1. Врожденные видовые реакции организма (передаются по наследству) – генетически детерм
Методика выработки (образования) условных рефлексов
· Разработана И. П. Павловым на собаках при изучении слюноотделения при действии световых или звуковых раздражений, запахов, прикосновений и т. д. (проток слюнной железы выводился наружу через разр
Условия выработки условных рефлексов
1. Индифферентный раздражитель должен предшествовать безусловному (опережающее действие)
2. Средняя сила индифферентного раздражителя (при малой и большой силе рефлекс может не образовать
Значение условных рефлексов
1. Лежат в основе обучения, получения физических и психических навыков
2. Тонкое приспособление вегетативных, соматических и психических реакций к условиям с
Индукционное (внешнее) торможение
o Развивается при действии постороннего, неожиданного, сильного раздражителя из внешней или внутренней среды
v Сильный голод, переполненный мочевой пузырь, боль или половое возбуждение тор
Угасательное условное торможение
· Развивается при систематическом неподкреплении условного раздражителя безусловным
v Если условный раздражитель повторять через короткие промежутки времени без подкреплениея его бе
Взаимоотношене возбуждения и торможения в коре больших полушарий
Иррадиация - распространение процессов возбуждения или торможения из очага их возникновения на другие области коры
· Примером иррадиации процесса возбуж
Причины возникновения сна
· Существуют несколько гипотез и теорий причин возникновения сна:
Химическая гипотеза – причиной сна является отравления клеток мозга токсичными продуктами жизнедеятельности, образ
Быстрый (парадоксальный) сон
· Наступает после периода медленного сна и продолжается 10 -15 мин; затем опять сменяется медленным сном; повторяется в течение ночи 4-5 раз
· Характеризуется быстрыми
Особенности высшей нервной деятельности человека
(отличия от ВНД животных)
· Каналы получения информации о факторах внешней и внутренней среды называются сигнальными системами
· Выделяют первую и вторую сигнальные систем
Особенности высшей нервная деятельность человека и животных
Животное
Человек
1. Получение информации о факторах среды только с помощью первой сигнальной системы (анализаторов)
2. Конкретное
Память, как компонент высшей нервной деятельности
Память – совокупность психических прцессов, обеспечивающих сохранение, закрепление и воспроизведение предыдущего индивидуального опыта
v Основные прцессы памяти
Анализаторы
· Всю информацию о внешней и внутренней среде организма, необходимую для взаимодействие с ней человек получает с помощью органов чувств (сенсорных систем, анализаторов)
v Понятие об анали
Строение и функции анализаторов
· Каждый анализатор состоит из трёх анатомически и функционально связанных отделов: переферического, проводникового и центрального
· Повреждение одной из частей анализатора
Значение анализаторов
1. Информация организму о состоянии и изменении внешней и внутренней среды
2. Возникновение ощущений и формирование на их основе понятий и представлений об окружающем мире,т. е.
Сосудистая оболочка (средняя)
· Находится под склерой, богата кровеносными сосудами, состоит из трёх частей: переднюю – радужку, среднюю – ресничное тело и заднюю – собственно сосудистую
Особенности фоторецепторных клеток сетчатки
Палочки
Колбочки
1. Количество 130 млн.
2. Зрительный пигмент– родопсин(зрительный пурпур)
3. Максимальное количество на п
Хрусталик
· Расположен позади зрачка, имеет форму двояковыпуклой линзы диаметром около 9 мм, абсолютно прозрачен и эластичен. Покрыт прозрачной капсулой, к которой прикрепляются цинновы связки ресничного тел
Функционирование глаза
· Зрительная рецепция начинается с фотохимических реакций, начинающихся в палочках и колбочках сетчатки и заключающихся в распаде зрительных пигментов под действием квантов света. Именно это
Гигиена зрения
1. Профилактика травм (защитные очки на производстве с травмирующими объектами – пыль, химические вещества, стружки, осколки и т.д.)
2. Защита глаз от слишком яркого света – солнце, эле
Наружное ухо
· Представлении ушной раковиной и наружным слуховым проходом
· Ушная раковина – свободно выступающая на поверхности головы
Среднее ухо (барабанная полость)
· Лежит внутри пирамиды височной кости
· Заполнено воздухом и сообщается с носоглоткой через трубку, длиной 3,5 см. и диаметром 2 мм – евстахиеву трубу
Функция евстахиев
Внутреннее ухо
· Расплагается в пирамиде височной кости
· Включает костный лабиринт, представляющий собой сложно устроенные каналы
· Внутри костног
Восприятие звуковых колебаний
· Ушная раковина улавливает звуки и направляет их в наружный слуховой проход. Звуковые волны вызывают колебания барабанной перепонки, которые от неё предаются по системе рычагов слуховых косточек (
Гигиена слуха
1. Профилактика травм органов слуха
2. Защита органов слуха от чрезмерной силы или продолжительности звуковых раздражений – т. н. «шумового загрязнения», особенно в условиях шумного произв
Биосферный
1. Представлен клеточными органоидами
2. Биологические мезосистемы
3. Возможны мутации
4. Гистологический метод исследования
5. Начало метаболизма
6. Об
« Строение эукариотической клетки »
9. Органоид клетки, содержащие ДНК
10. Имеет поры
11. Выполняет в клетке компартаментальную функцию
12. Функ
Клеточный центр
Проверочный тематический цифровой диктант по теме « Метаболизм клетки »
1. Осуществляется в цитоплазме клетки
2. Требует специфических фермен
Тематический цифровой программированный диктант
по теме « Энергетический обмен »
1. Осуществляются реакции гидролиза
2. Конечные продукты – СО2 и Н2 О
3. Конечный продукт – ПВК
4. НАД восстана
Кислородный этап
Тематический цифровой программированный диктант по теме « Фотосинтез »
1. Осуществляется фотолиз воды
2. Происходит восстановление
« Метаболизм клетки:Энергетический обмен. Фотосинтез. Биосинтез белка»
1. Осуществляется у автотрофов 52. Осуществляется транскрипция
2. Связан с функционировани
Основные признаки царств эукариот
Царство Растений
Царство Животных
1. Имеют три подцарства:
– низшие растения (настоящие водоросли)
– красные водоросли
Особенности видов искусственного отбора в селекции
Массовый отбор
Индивидуальный отбор
1. К размножению допускаются множество особей с наиболее выраженными хозя
Общие признаки массового и индивидуального отбора
1. Осуществляется человеком при искусственном отборе
2. К дальнейшему размножению допускаются толко особи с наиболее выраженным желаемым признаком
3. Может быть многократным
Существует два типа оплодотворения
: наружное и внутреннее. При наружном типе оплодотворение происходит в воде, и развитие зародыша также происходит в водной среде ( , ). При внутреннем типе оплодотворение происходит в половых путях самки, а развитие может происходить или во внешней среде ( , птицы), или внутри организма матери в особом органе – матке ( , человек).
При оплодотворении в яйцеклетку может проникать один или несколько . Если в яйцеклетку проникает один сперматозоид, то такое явление называют моноспермией. Если проникает несколько сперматозоидов, то это полиспермия. Как правило, моноспермия характерна для яйцеклеток, не имеющих плотных оболочек, полиспермия – для яйцеклеток с плотными оболочками. В случае полиспермии также происходит только одним сперматозоидом, остальные растворяются и принимают участие в разжижении желтка.
Успех оплодотворения зависит и от внешних условий. Основным условием является наличие жидкой среды с определенной концентрацией. Среда должна обладать нейтральной или слегка щелочной реакцией, в кислой среде оплодотворение не происходит. Процесс оплодотворения мы рассмотрим на примере морского ежа.
Для морского ежа характерна моноспермия. Сперматозоид проникает через студенистую оболочку, после чего начинается изменение поверхностных слоев яйца, называемое кортикальной реакцией. Она заключается в том, что происходит распад кортикальных гранул и их содержимое сливается с желточной оболочкой. В результате образуется оболочка оплодотворения. Вначале оболочка оплодотворения плотно прижата к поверхности яйца, затем отделяется от нее, и между ними образуется перивитиллиновое пространство, заполненное жидкостью. Оболочка оплодотворения защищает яйцо от проникновения других сперматозоидов. Соприкосновение яйца и сперматозоида составляет I-ую фазу оплодотворения и называется активацией яйца. В яйцеклетку проникает головка и шейка сперматозоида, хвостик остается снаружи. У некоторых животных, например, моллюсков, в яйцеклетку проникает весь сперматозоид, в этом случае хвостик растворяется в цитоплазме.
Внутри головка сперматозоида начинает продвижение к ядру, это движение осуществляется центриолью вперед. Ядра сперматозоида и яйцеклетки набухают. Ядро сперматозоида называют мужским пронуклеусом, а ядро яйцеклетки – женским пронуклеусом. В дальнейшем происходит их слияние, в результате которого образуется диплоидное ядро зиготы, начинающее митотически делиться. Слиянием ядер сперматозоида и яйцеклетки и образованием ядра зиготы заканчивается процесс оплодотворения.
Оплодотворение сопровождается существенными изменениями физических и физиологических свойств яйца: увеличивается вязкость цитоплазмы и ее проницаемость, резко изменяется обмен аминокислот, возрастает активность ферментов цитоплазмы. Все эти изменения указывают на то, что оплодотворение приводит к усилению обмена веществ, который в половой клетке до оплодотворения находился на значительно более низком уровне.
Кому свойственно внутреннее оплодотворение, в чем суть этого процесса, и каково его биологическое значение? На эти и многие другие вопросы вы сможете ответить, когда познакомитесь с нашей статьей.
Что такое половое размножение
Размножение является одним из свойств всех живых организмов. Этот процесс обеспечивает Половое размножение создает новые комбинации генетического материала, а значит и признаки организмов. Именно этот процесс лежит в основе наследственности и изменчивости.
Половым называют размножение, в ходе которого принимают участие гаметы. Это специализированные клетки, содержащие гаплоидный хромосомный набор. В природе его способны осуществлять как растения, так и животные.
Строение гамет
Процесс слияния гамет - это оплодотворение. Внутреннее или внешнее оплодотворение осуществляется только половыми клетками. Различают мужские и женские гаметы - сперматозоиды и яйцеклетки. Они имеют существенные отличия в строении. Так, женские половые клетки не способны к движению и содержат достаточный запас питательных веществ. Это связано с тем, что именно на основе женских гамет происходит развитие будущего организма. Мужские половые клетки растений также не способны к движению, поэтому процессу оплодотворения у этих организмов предшествует опыление.
Гаметы - это структуры, которые имеют одинарный, или гаплоидный, набор хромосом. И такое строение совсем не случайно. Дело в том, что взрослый организм должен обладать двойным (диплоидным) хромосомным набором. Это возможно только при слиянии гаплоидных гамет.
Наружное и внутреннее оплодотворение
Оплодотворением называют соединение генетического материала половых клеток. В зависимости от места, в котором протекает данный процесс, различают несколько его видов. Наружное оплодотворение протекает вне организма самки. В природе оно встречается у земноводных и рыб. Внутреннее оплодотворение характерно для типично наземных животных: пресмыкающихся, птиц, млекопитающих.
Особенности наружного оплодотворения
Наружное, или внешнее, оплодотворение начинается с выведения половых клеток наружу. Поэтому сближение организмов при этом совсем необязательно. Несмотря на это, в природе часто встречается скопление размножающихся особей. К примеру, рыб или лягушек при нересте.
Наружное оплодотворение, внутреннее или его промежуточный тип начинаются с процесса осеменения. Его суть заключается в сближении половых клеток. Ученые установили, что при наружном оплодотворении практически мгновенно после соприкосновения клеток наступают изменения в электрических импульсах оболочек яйцеклетки. А через 7 секунд содержимое гамет уже соединяется, в результате чего образуется зигота. Она многократно делится и постепенно формируется многоклеточный зародыш.
Самки животных, для которых характерно наружное оплодотворение, одновременно выделяют в воду большое количество яйцеклеток. К примеру, рыбы мечут сразу несколько тысяч икринок. Только малая их часть будет оплодотворена и превратится в мальков. Остальные станут добычей водных животных.
В чем преимущество внутреннего оплодотворения
Внутреннее происходит в половых протоках самки. Там и располагается неподвижная яйцеклетка. Сперматозоид приближается к ней в результате полового акта. Уже установлено, что в большинстве случаев в яйцеклетку проникает только ядерное вещество мужской гаметы. Ее цитоплазма практически не участвует в процессе формирования нового организма.
Главным преимуществом внутреннего оплодотворения является то, что зародыш относительно не зависит от неблагоприятных условий окружающей среды. Его развитие определенное время происходит внутри материнского организма. Он и обеспечивает зародыш всем необходимым: теплом, влагой, кислородом, питательными веществами. Кроме того, при оплодотворении внутри организма вероятность слияния гамет значительно повышается, что обусловливает стабильность процесса размножения у таких особей. По этим причинам количество женских гамет, способных к оплодотворению, гораздо меньше по сравнению с животными, которые выделяют их в окружающую среду.
Конкретную яйцеклетку оплодотворяет один сперматозоид. Но почему же у многих организмов на свет появляется сразу несколько особей, а то и десятков? Это возможно двумя путями. В первом случае к оплодотворению выходят сразу несколько яйцеклеток, каждая из которых соединяется с отдельной мужской гаметой. У человека в этом случае рождаются Они могут быть как одного, так и разного пола, а похожи друг на друга не больше, чем родные братья и сестры. Однояйцевые близнецы появляются в результате деления зиготы на несколько частей. В этом случае у человека рождаются дети одного пола, похожие друг на друга как две капли воды.
Половое размножение растений
У цветковых растений также происходит оплодотворение - внутреннее. Представители данной систематической единицы имеют ряд особенностей, проявляющихся в ходе полового процесса. Его осуществляет - цветок. Процессу слияния гамет предшествует опыление. Его суть заключается в переносе мужских половых клеток на рыльце пестика с помощью ветра, насекомых, воды или человека.
Двойное оплодотворение
Далее два спермия вместе с прорастающей зародышевой трубкой опускаются в нижнюю расширенную часть пестика - завязь. Здесь и происходит слияние одного спермия с женской гаметой, а другого - с центральной зародышевой клеткой. Поэтому такое оплодотворение называется двойным. В результате образуется зародыш, окруженный запасным питательным веществом эндоспермом и оболочкой. Другими словами, семя.
Такой процесс обеспечил современным цветковым растениям господствующее положение на планете. Яйцеклетка и зародыш надежно защищены стенками завязи, а семя содержит необходимый запас питательных веществ и воды, необходимых для роста и развития взрослого растения.
Тип оплодотворения и среда обитания животных
Несложно проследить зависимость среды обитания организмов и типа их оплодотворения. Так, слияние гамет во внешней среде происходит в воде, где и первоначально развивается зародыш организмов с наружным оплодотворением. Причем этот процесс возможен только в нейтральной или щелочной среде, а в кислой становится невозможным.
Появление внутреннего оплодотворения в процессе эволюции связано с выходом хордовых животных на сушу. Жизнь представителей этого типа вне воды стала возможна именно благодаря этому признаку. Внутреннее оплодотворение у пресмыкающихся происходит внутри тела самки, где первоначально и развивается зародыш. Он находится в яйце, которое содержит богатый запас веществ и у большинства покрыто плотными оболочками. Увеличение количества желтка компенсирует отсутствие личиночной стадии в онтогенезе пресмыкающихся. А появление плотных оболочек делает возможным развитие яйца на суше и надежно защищает от высыхания и механических повреждений.
Онтогенез многоклеточных животных
Зигота, которая образуется в результате оплодотворения, начинает многократно делиться. Через определенное время она уже состоит из ряда клеток - бластомеров. Далее начинается стадия гаструлы, которая характеризуется закладкой Продолжается процесс развития зародыша формированием органов и их систем.
Индивидуальное развитие многоклеточных животных включает эмбриональный и послезародышевый периоды. У организмов с внутренним оплодотворением первый из них происходит в материнском организме или внутри яйца. Это обеспечивает более высокий уровень развития животных, а также их способность к самостоятельной жизни после рождения. С момента появления на свет начинается постэмбриональный период. Оплодотворение, внутреннее или внешнее, определяет будущий тип развития организмов. В первом случае он происходит без стадии личинки. При этом новорожденная особь незначительно отличается от половозрелой. Такой тип развития называется прямым. А вот рыбы и земноводные проходят стадию личинки, в ходе которой дополнительно развиваются, достигая уровня организации взрослых представителей.
Итак, внутреннее оплодотворение - это процесс слияния половых клеток внутри организма самки. По сравнению с наружным оно имеет ряд существенных преимуществ: более высокую вероятность слияния гамет, их независимость от внешних условий и обеспечение более высокой жизнеспособности будущих особей.
Число и размеры половых клеток различны у разных животных. Наблюдается такая закономерность: чем меньше вероятность встречи яйцеклетки и сперматозоида, тем большее число половых клеток образуется в организме. Например, рыбы мечут икру (яйцеклетки) и сперму прямо в воду (происходит наружное осеменение), и количество икринок у некоторых из них достигает громадной величины (треска выметывает около 10 млн. икринок). При внутреннем оплодотворении благодаря согласованному поведению самца и самки мужские половые клетки поступают непосредственно в женский организм. В этом случае вероятность оплодотворения очень высока и, как следствие, количество половых клеток резко уменьшается. Очень сильно уменьшено число производимых половых клеток у тех родителей, которые заботятся о потомках. Так, число икринок у живородящих рыб не превышает нескольких сотен, а одиночные осы, обеспечивающие будущих личинок кормом - парализованными насекомыми, откладывают всего около десяти яиц. На количество производимых яйцеклеток влияет множество других факторов. В частности, существует зависимость между размерами яиц и их количеством - чем крупнее яйца, тем их меньше (птицы). Процесс оплодотворения состоит из нескольких этапов: проникновения сперматозоида в яйцо, слияния гаплоидных ядер обеих гамет с образованием диплоидной клетки - зиготы и активации ее к дроблению и дальнейшему развитию. Яйца большинства животных должны быть оплодотворены почти сразу после овуляции. У большинства млекопитающих яйцо обычно сохраняет способность к оплодотворению на протяжении 24 ч, а у человека - 12-24 ч после овуляции. Сперматозоиды, оказавшиеся вне мужской половой системы, как правило, живут очень короткое время. Так, сперматозоиды форели погибают в воде уже через 30 с, в половых путях кур сперматозоиды живут 30-40 дней, в матке и яйцеводах женщины - 5-8 дней, а в семяприемнике самок пчел сперматозоиды сохраняют способность к оплодотворению на протяжении года и более. Нахождение яйцеклетки сперматозоидом и их взаимодействие обеспечивается специальными веществами - гамонами , вырабатываемыми половыми клетками. Предполагают, что существуют по крайней мере два типа гиногамонов - веществ, выделяемых яйцеклетками (один активирует движение сперматозоидов, другой агглютинирует их), и два типа андрогамонов , выделяемых мужскими половыми клетками (один парализует подвижность сперматозоидов, другой растворяет оболочку яйца). Оплодотворение происходит лишь при определенной концентрации сперматозоидов ( рис. 76). На кроликах было показано, что не происходит оплодотворения как в том случае, когда в осеменении самки участвует менее 1000 сперматозоидов, так и в том, когда их больше 100 млн. Это объясняют недостаточным или избыточным количеством выделяемой гиалуронидазы - фермента.
На примере лягушки рассмотрим, как происходит оплодотворение у животных. Неоплодотворенная икринка покрыта несколькими защитными оболочками, предохраняющими ее от внешних воздействий. Сперматозоиды активно передвигаются в воде и при встрече с яйцеклеткой с помощью гиалуронидазы, выделяемой акросомой, растворяют ее оболочки и проникают внутрь клетки. Как только один сперматозоид проникнет в яйцеклетку, ее оболочки приобретают свойства, препятствующие проникновению других сперматозоидов, а яйцо начинает готовиться к делению.
Эксперименты показывают, что для побуждения яйца к дроблению совсем не обязательно проникновение сперматозоида в яйцеклетку, достаточно их поверхностного взаимодействия. Если микропипеткой оттянуть начавший проникать внутрь яйцеклетки сперматозоид, то может начаться дробление. И наоборот, если микропипеткой ввести сперматозоид сразу внутрь яйца, то активации не произойдет. У некоторых видов, в частности у тутового шелкопряда, в яйцеклетку могут проникнуть несколько сперматозоидов, но сливается с ядром яйцеклетки в норме только один из них, остальные погибают.
У высших животных для воспроизведения потомства используются мужские и женские половые клетки, или гаметы. Они сильно отличаются друг от друга и от остальных клеток организма.
Женская половая клетка называется яйцом. Она крупная, имеющая овальную или шарообразную форму, содержит в большом количестве дейтоплазму (желток) – строительный материал, за счет которого у млекопитающих (кроме яйцекладущих: ехидны и утконоса) яйцо развивается в первый момент после оплодотворения, а у остальных животных до полного созревания зародыша. Вот почему клетки последних достигают прямо‑таки гигантской величины.
Самыми большими яйцеклетками из всех живущих в настоящее время на Земле животных, если взять их со всеми оболочками, к которым у птиц относятся скорлупа и белок, являются яйца страусов. Вес этой клетки 2–3 килограмма. У вымерших доисторических рептилий и у еще сравнительно недавно жившего на Земле странствующего голубя объем яйца был с доброе ведро. Человеческая яйцеклетка относится к числу наиболее маленьких, ее диаметр равняется 0,2–0,5 миллиметра. У беспозвоночных известны еще более мелкие яйца, диаметр которых едва достигает 0,04 миллиметра.
Яйца созревают в женских половых органах – яичниках. У человека они формируются в раннем детстве, примерно к двум с половиной годам, и позже уже не изменяются. Удалось сосчитать, что в каждом яичнике в это время содержится по 30 000 яйцеклеток. В более ранний период их несколько больше, но начиная с шестого месяца внутриутробной жизни в яичнике эмбриона некоторые из них начинают созревать, однако полного развития не достигают.
Созревающее яйцо дважды делится и теряет при этом половину своих хромосом. Лишь после наступления у девушки половой зрелости яйцеклетка может достичь полного развития, и произойдет овуляция, выделение яйца из яичника. В течение жизни у женщины созревает лишь немногим более 400 яйцеклеток, по 13 в течение одного года.
Мужские половые клетки – сперматозоиды очень своеобразны и непохожи на другие клетки организма. Сперматозоиды различных животных отличаются друг от друга по внешнему виду. Общим является то, что они всегда меньше яйца и всем им присуща подвижность.
Сперматозоид млекопитающих состоит из небольшой головки и длинного хвоста, с помощью которого он передвигается. Длина человеческого сперматозоида 50–70 микрон, а его головки всего 4–5 микрон. Особенно сложно устроены сперматозоиды низших животных. Они часто бывают снабжены перфоратором в виде шила, сверла, долота или штопора для вскрытия яичной оболочки, а также лопастями, плавниками и другими приспособлениями.
Сперматозоиды развиваются в мужских половых железах – семенниках, которые у позвоночных животных бывают парными и располагаются в полости тела. Только у человека и некоторых млекопитающих они находятся в специальных мешочках непосредственно под кожей. Выход семенников наружу осуществляется во время внутриутробной жизни плода. Если этого почему‑либо не произошло, то в таких семенниках сперматозоиды развиваться не будут. Предполагают, что так происходит из‑за высокой температуры внутри брюшной полости. Во всяком случае, слоны, у которых семенники лежат в полости тела, а температура достаточно высока, в брачный период поднимаются высоко в горы, где холодно. Без этого зачатие невозможно. Когда же этих гигантов привозят на наш холодный север, они нередко в первые же годы дают потомство. А нужно помнить, что даже у себя на родине размножение слонов в неволе явление далеко не частое.
Семенники мужчин имеют около тысячи извитых канальцев каждый. В стенках канальцев есть крупные овальные клетки, при делении которых и возникают сперматозоиды. Во время деления они так же, как и женские гаметы, теряют половину хромосом, а затем совершают сложный процесс морфологической реконструкции, превращаясь из обычной овальной клетки в зрелый сперматозоид.
Еще не получившие способности к движению сперматозоиды по канальцам проталкиваются в придаток семенника, представляющий собой сильно извитую трубку, где сперматозоиды и хранятся в семенной жидкости, которая содержит необходимые для них питательные вещества: глюкозу и фруктозу.
Независимо от того, где должна произойти встреча сперматозоидов с яйцом, в половых ли путях самки или вне организма, у каждого сперматозоида в отдельности очень мало шансов достичь яйца. Ведь в женских половых путях человеческому сперматозоиду необходимо проделать огромный путь, а скорость движения не превышает 1,5–3 миллиметров в минуту.
Чтобы обеспечить надежность встречи двух половых клеток, природе пришлось пойти по линии использования огромных армий сперматозоидов даже в тех случаях, когда необходимо оплодотворить всего одно яйцо. Так, во время полового акта в половую систему женщины, где в лучшем случае может находиться всего одна созревшая яйцеклетка, вводится 200 или больше миллионов сперматозоидов.
Дело осложняется еще и тем, что половые клетки (и женские и мужские) очень нежны и недолговечны. Человеческая яйцеклетка через сутки после овуляции погибает, сперматозоиды в половых путях женщины живут несколько дольше, 24–48 часов.
Но дело не только в продолжительности существования половых элементов, важно также, в течение какого времени они способны к оплодотворению. Оболочка икры лосося, попав в воду, затвердевает настолько, что сперматозоид уже не может сквозь нее проникнуть. Да и сами сперматозоиды сохраняют в воде способность двигаться очень непродолжительное время: у лосося – 45 секунд, а у ручьевой форели всего 23 секунды. За такой короткий срок и должна произойти встреча обеих клеток. Поэтому при искусственном разведении лосося на рыбозаводах икру предварительно смешивают со сперматозоидами и лишь несколько позже переносят в воду.
Продолжительность жизни и способность сперматозоидов к движению может быть значительно увеличена, если сохранять их без воды. В «сухом» виде сперматозоиды некоторых рыб могут храниться одну‑две недели, а иногда и больше.
У некоторых животных сперма в половых путях самки хранится очень долго. Спаривание летучих мышей протекает во время зимовки, но оплодотворения в этот момент не происходит. Введенная в организм самки сперма сохраняется в половых путях до весны. У улиток сперма может храниться годами. У пчел спаривание происходит раз в жизни. Сперма сохраняется в специальном мешочке, соединенном с половыми путями. Когда пчелиная матка откладывает яйца, она произвольно открывает сфинктор мешочка и дает возможность сперматозоидам оплодотворять откладываемые яйца. Если кладка производится при закрытом сфинкторе, яйца оказываются неоплодотворенными.
Как находит сперматозоид яйцо? Об этом сейчас известно немного. Благодаря огромным количествам сперматозоидов встреча с яйцом может происходить в результате случайных столкновений. Известны и особые приспособления. Яйца некоторых животных содержат специальные вещества, которые, выделяясь в окружающую среду в совершенно ничтожных количествах, либо удлиняют срок жизни сперматозоидов, либо заставляют их двигаться к источнику этого вещества.
Существование огромных армий сперматозоидов не обязательно. Там, где устройство полового аппарата значительно облегчает встречу сперматозоида с яйцом, животные обходятся небольшим количеством мужских половых клеток. Так, у некоторых низших ракообразных, относящихся к дафнидам, яйцеклетки в количестве двух хранятся в тесной выводковой камере, куда во время спаривания и попадают сперматозоиды, после чего отверстие, через которое они вводятся, закрывается. Сперматозоиды у этих дафнид очень крупные, малоподвижные и, что особенно интересно, их мало. Во время спаривания в выводковую камеру попадает не больше пяти, а всего у самца сперматозоидов не более 20.
Оплодотворение начинается с прикрепления сперматозоида к оболочке яйца. Теперь он должен проникнуть внутрь. Этому препятствует оболочка яйца. У некоторых животных, например у иглокожих и амфибий, очень толстая. Часто она для сперматозоидов совершенно непроходима, за исключением узкого канала, называемого «микропиле»; только по нему и может внутрь яйца проникнуть сперматозоид. Усилия, которые при этом развивают сперматозоиды, огромны. Можно наблюдать, как крупные яйца морских животных, в сравнении с которыми сперматозоиды ничтожно малы, под дружным натиском их многотысячных армий, окружающих яйцеклетку плотным кольцом, начинают медленно двигаться или вращаться.
Человеческое яйцо, кроме собственной оболочки, окружено еще слоем клеток – лучистым венцом и поэтому недоступно одному сперматозоиду. Только общие усилия нескольких сот тысяч сперматозоидов могут привести к прорыву этого барьера, разрушив с помощью особого фермента гиалуронидазы, в ничтожных количествах содержащегося в их головках, вещество, спаивающее между собой клетки лучистого венца. Лишь затем один из сперматозоидов сможет проникнуть в яйцо.
Проникновение внутрь яйца сразу же вызывает в нем ряд изменений и в первую очередь оболочки: за короткий срок она так уплотняется, что через нее больше уже не сможет проникнуть ни один сперматозоид. Возникновение этой оболочки обеспечивает оплодотворение яйца только одним сперматозоидом.
При этом яйцо яйцеклетки сливается с ядром проникшего внутрь сперматозоида. Таким образом, ядро новой клетки, возникшей от слияния мужской и женской гамет, содержит уже полное число хромосом. Затем яйцеклетка начинает делиться.
В некоторых случаях возникновение оболочки оплодотворения задерживается, и благодаря этому в яйцо проникает несколько сперматозоидов. При слиянии их ядер с ядром яйца общее количество хромосом оказывается больше нормального. Впрочем, для, некоторых организмов проникновение в яйцо нескольких сперматозоидов является нормальным явлением. Однако и в этом случае лишь один из них сливается с ядром женской клетки. Остальные погибают недалеко от поверхности ядра, и их вещество используется только для питания яйцеклетки.
Лишь в исключительно редких случаях в слиянии может принять участие несколько сперматозоидов. Такая яйцеклетка обычно развивается неправильно и вскоре гибнет. Однако у насекомых, птиц и некоторых других животных в искусственных условиях удается вырастить до взрослого состояния отдельные экземпляры, полученные от слияния яйцеклетки с несколькими сперматозоидами.
Полиплоидные животные, то есть имеющие по нескольку наборов хромосом, возникают и при нормальном оплодотворении яйца одним сперматозоидом, если нарушить процесс последующего дробления яйцеклетки. Особенно широко полиплоидия развита у растений. Клетки полиплоидных растений более крупные, в результате размер растений сильно увеличивается. Все культурные растения полиплоидны. Значительно более редки случаи полиплоидии у животных. Может быть, это объясняется путаницей при определении пола. Нормального расхождения хромосом при этом не происходит, деление яйцеклетки нарушается, и она гибнет. Только у однополых животных полиплоидия получается легко.
Оплодотворение – специфическая реакция. Это значит, что слияние может произойти между половыми клетками животных, относящихся к одному или очень близким видам. Оплодотворение яйца спермой неродственных животных встречается только как исключительное явление.
Еще одна особенность оплодотворения – оно необратимо. Если сперматозоид, проникший в яйцо, даже почему‑либо погибнет, оно может продолжать развитие и дробление, как будто ничего и не произошло. Развитие яйца будет продолжаться, если проникший в него сперматозоид осторожно извлечь оттуда. Повторно в это яйцо ни один сперматозоид уже попасть не сможет. Развивающиеся из таких неполноценно оплодотворенных яиц зародыши гибнут на ранних этапах развития и лишь иногда достигают взрослого состояния. Способность яйца развиваться после гибели или удаления проникшего внутрь сперматозоида – очень важное свойство. Благодаря этой способности с яйцом могут происходить удивительные вещи.