Care sunt diferențele fundamentale dintre celulele organismelor vii aparținând diferitelor regate ale naturii? Asemănări și diferențe în structura celulelor vegetale, animale și fungice
Pagina curentă: 1 (totalul cărții are 23 de pagini) [extras de lectură accesibil: 16 pagini]
V. B. Zakharov, S. G. Mamontov, N. I. Sonin, E. T. Zakharova
Biologie. Biologie generală. Nivel profund. Clasa 10
cuvânt înainte
Timpul nostru este caracterizat de o interdependență din ce în ce mai mare a oamenilor. Viața umană, sănătatea, condițiile de muncă și de viață depind aproape în totalitate de corectitudinea deciziilor luate de mulți oameni. La rândul său, activitatea unui individ afectează și soarta multora. De aceea este foarte important ca știința vieții să devină integrală parte integrantă viziunea asupra lumii a fiecărei persoane, indiferent de specialitatea sa. Necesar cunoștințe biologiceși reprezentanți ai științelor umaniste, precum o parte importanta patrimoniul cultural universal.
Este deosebit de important să înțelegem legile generale ale biologiei pentru școlari și liceeni care decid să-și dedice activitățile viitoare problemelor de mediu, biologice și medicale. Faptul este că realizările moderne Științe biologice bazate pe cele mai noi soluții tehnologice nu mai pot fi înțelese de către deținătorii de cunoștințe biologice de bază.
Există o gamă largă de subiecte pe care le veți cunoaște în timp ce citiți această carte. Cu toate acestea, nu toate sunt acoperite suficient de detaliat. Acest lucru nu este întâmplător - complexitatea și diversitatea vieții sunt atât de mari încât abia începem să înțelegem unele dintre fenomenele sale, în timp ce altele așteaptă încă să fie studiate.
Materialul de studiu din carte este format din secțiuni, inclusiv capitole. În majoritatea capitolelor, există de obicei mai multe paragrafe care tratează anumite subiecte specifice. Ca material educațional suplimentar, titlurile „Puncte de referință” și „Întrebări și sarcini pentru repetare” sunt incluse în textul manualului, ceea ce vă va permite să acordați din nou atenție celor mai importante prevederi ale materialului acoperit. Secțiunea „Întrebări și sarcini pentru discuție” conține două sau trei întrebări, pentru răspunsul la care, în unele cazuri, este necesar să se implice literatură suplimentară. Ele pot fi folosite pentru studiul opțional al subiectului. În același scop, la finalul fiecărui capitol sunt indicate „Domeniile cu probleme” și „Aspecte aplicate” ale materialului educațional studiat.
Completează fiecare capitol cu o listă a principalelor prevederi necesare memorării, rubrica „Tu viitoare profesie„, precum și sarcini pentru munca independentă.
În clasa a 10-a vei învăța elementele de bază biologie celulara, biologia dezvoltării și genetica. Această carte vorbește despre noi realizări biologie modernăîn domeniul biologiei moleculare și geneticii, biotehnologiei și ingineriei genetice.
Autorii își exprimă recunoștința față de academicianul Academiei Ruse de Științe Medicale, profesorul VN Yarygin pentru sprijinirea eforturilor lor creative, precum și față de Yu.P. Dashkevich, profesorul AG Mustafin și AV Buslaev pentru comentariile valoroase făcute de aceștia în timpul pregătirii. a acestei publicații.
Academician al Academiei Ruse de Științe ale Naturii, profesorul V. B. Zakharov
Introducere
Biologia este știința vieții. Numele său provine dintr-o combinație a două cuvinte grecești bios(viața și logos(cuvânt, doctrină). Biologia studiază structura, manifestările activității vitale, habitatul tuturor organismelor vii: bacterii, ciuperci, plante, animale, inclusiv oameni.
Viața pe Pământ este reprezentată de o varietate extraordinară de forme, multe tipuri de ființe vii. În prezent, peste 500 de mii de specii de plante, 1,5–2 milioane de specii de animale, un numar mare de specii de ciuperci și procariote. Oamenii de știință descoperă și descriu în mod constant specii noi, atât existente în condițiile moderne, cât și dispărute în epocile geologice trecute.
Dezvăluirea proprietăților generale ale organismelor vii și explicarea motivelor diversității lor, identificarea relațiilor dintre organizarea structurală și funcțională și condițiile de mediu sunt printre principalele sarcini ale biologiei. Un loc important în această știință îl ocupă întrebările despre originea și legile dezvoltării vieții pe Pământ - doctrina evoluționistă. Înțelegerea lor stă la baza viziunii științifice asupra lumii și este necesară pentru rezolvarea problemelor. sarcini practiceîn diverse domenii ale activităţii umane.
Biologia este împărțită în științe separate în funcție de subiectul de studiu. Astfel, microbiologia studiază lumea bacteriilor, botanica studiază structura și viața reprezentanților regnului vegetal, zoologia studiază regnurile animale etc. În același timp, domeniile biologiei care studiază proprietăți generale organisme vii: genetică - modele de moștenire a trăsăturilor, biochimie - modalități de transformare a moleculelor organice, ecologie - relația organismelor între ele și cu mediul. Fiziologia studiază funcțiile organismelor vii.
În conformitate cu nivelurile de organizare a materiei vii, au apărut discipline științifice precum biologia moleculară, citologia (studiul celulei), histologia (studiul țesuturilor) etc.
În biologie, sunt utilizate o varietate de metode. Unul dintre metode esentiale- istoric, serveşte drept bază pentru înţelegerea faptelor obţinute. Metoda tradițională este metoda descriptivă. Metodele instrumentale sunt utilizate pe scară largă: microscopia (lumino-optică și electronică), electrografie, radar etc.
ÎN În ultima vreme importanța disciplinelor limită care leagă biologia cu alte științe – fizică, chimie, matematică, cibernetică etc. crește din ce în ce mai mult. Așa au apărut biofizica, biochimia și bionica.
Realizările biologiei la sfârșitul anului XX - începutul XXIîn. a condus la apariția unor direcții fundamental noi în știință, care au devenit secțiuni independente în complexul disciplinelor biologice. Astfel, dezvăluirea structurii moleculare a unităților structurale ale eredității - gene (proiectul internațional „Human Genome”, 2003) - a servit ca bază pentru crearea genomicii și Inginerie genetică. Cu ajutorul metodelor lor, organismele sunt create cu noi, inclusiv cele care nu se găsesc în natură, combinații de trăsături și proprietăți ereditare. Aplicarea practică a realizărilor biologiei moderne deja în prezent face posibilă obținerea unor cantități semnificative din punct de vedere industrial de substanțe biologic active, organisme modificate genetic cu calități utile pentru om. Cercetările din domeniul nanobiologiei și nanomedicinei, biologia celulelor stem au arătat posibilitatea fundamentală de a reprograma specializarea celulelor și de a obține în condiții de laborator din materialul celular al unui anumit organism țesuturi și chiar organe necesare înlocuirii unor părți ale corpului care sunt „uzat” sau afectat de boală. Descifrarea mecanismelor de reglare a proceselor de recuperare va duce în curând la posibilitatea refacerii părților membrelor pierdute în timpul traumei și a organelor și țesuturilor afectate de procesul patologic.
Pe baza studiului relației dintre organisme, au fost create metode biologice de combatere a dăunătorilor culturilor agricole. Multe adaptări ale organismelor vii au servit drept modele pentru proiectarea structurilor și mecanismelor artificiale eficiente. În același timp, ignoranța sau necunoașterea legilor biologiei duce la consecințe grave atât pentru natură, cât și pentru om. A sosit momentul în care siguranța lumii din jurul nostru depinde de comportamentul fiecăruia dintre noi. Pentru a regla corect motorul mașinii, pentru a preveni descărcarea deșeurilor toxice în râu, pentru a oferi canale de ocolire pentru pești în proiectul hidroelectric, pentru a rezista dorinței de a colecta un buchet de flori rare - toate acestea vor ajuta la salvare. mediu inconjurator, mediul vieții noastre.
Capacitatea excepțională a naturii vii de a restaura a creat iluzia invulnerabilității sale la efectele distructive ale omului, nemărginirea resurselor sale. Acum știm că nu este cazul. Prin urmare, toată activitatea economică umană ar trebui acum să fie construită ținând cont de principiile organizării biosferei.
Importanța biologiei pentru oameni este enormă. Legile biologice generale sunt folosite pentru a rezolva o varietate de probleme în multe industrii economie nationala. Datorită cunoașterii legilor eredității și variabilității, s-a obținut un mare succes în agricultură în crearea de noi rase foarte productive de animale domestice și soiuri de plante cultivate. Oamenii de știință au crescut sute de soiuri de cereale, leguminoase, semințe oleaginoase și alte culturi care diferă de predecesorii lor prin productivitate ridicată și alte calități utile. În plus, se efectuează selecția microorganismelor producătoare de antibiotice. Progresele moderne în genetică au condus la dezvoltarea diagnosticului genetic și a terapiei genetice a bolilor ereditare umane.
O mare importanță în biologie este acordată rezolvării problemelor asociate cu elucidarea mecanismelor subtile de biosinteză și fotosinteza proteinelor, care vor face posibilă sintetizarea substanțelor organice alimentare în afara organismelor vegetale și animale. În plus, utilizarea în industrie (în construcții, la crearea de noi mașini și mecanisme) a principiilor de organizare a ființelor vii (bionica) aduce în prezent și va da în viitor un efect economic semnificativ.
Mai departe valoare practică biologia va crește și mai mult. Acest lucru se datorează creșterii rapide a populației lumii, precum și numărului din ce în ce mai mare de populații urbane care nu sunt direct implicate în producția agricolă. Într-o astfel de situație, baza creșterii resurselor alimentare nu poate fi decât intensificarea Agricultură. Un rol important în acest proces îl va avea înmulțirea de noi forme de microorganisme, plante și animale noi, foarte productive, precum și utilizarea rațională, fundamentată științific, a resurselor naturale.
Secțiunea 1. Originea și etapele inițiale ale dezvoltării vieții pe Pământ
Omul a căutat întotdeauna să cunoască lumea din jurul său și să determine locul pe care îl ocupă în ea. Cum au apărut animalele și plantele moderne? Ce a dus la diversitatea lor izbitoare? Care sunt motivele dispariției faunei și florei din vremuri departe de noi? Care sunt viitoarele moduri de dezvoltare a vieții pe Pământ? Iată doar câteva întrebări din numărul imens de mistere, a căror soluție a îngrijorat omenirea mereu. Una dintre ele este chiar începutul vieții. Problema originii vieții în orice moment, de-a lungul istoriei omenirii, a avut nu numai interes cognitiv, ci și de mare importanță pentru formarea viziunii oamenilor asupra lumii.
Capitolul 1. Diversitatea lumii vii. Proprietățile de bază ale materiei vii
Plină, plină de miracole natură puternică.
A. N. Ostrovsky
Primele ființe vii au apărut pe planeta noastră în urmă cu peste 3,6–3,8 miliarde de ani. Din aceste forme timpurii au apărut nenumărate specii de organisme vii, care, după ce au apărut, au înflorit mai mult sau mai puțin lung și apoi s-au stins. Din forme preexistente au apărut și organismele moderne, formând patru regate ale faunei sălbatice: 1,5-2 milioane de specii de animale, peste 500 de mii de specii de plante, un număr semnificativ de diverse ciuperci și organisme procariote.
Lumea ființelor vii, inclusiv a oamenilor, este reprezentată de sisteme biologice cu diferite organizații structurale și diferite niveluri de subordonare și consistență. Se știe că toate organismele vii sunt formate din celule. O celulă poate fi fie un organism separat, fie parte dintr-o plantă sau animal multicelular. Poate fi aranjat destul de simplu, ca bacterian, sau mult mai complex, ca la animalele unicelulare - protozoare. Atât o celulă bacteriană, cât și o celulă de protozoare sunt un organism integral capabil să îndeplinească toate funcțiile necesare pentru a asigura viața. Dar celulele care alcătuiesc un organism multicelular sunt specializate, adică pot îndeplini doar o gamă restrânsă de sarcini și nu sunt capabile să existe în mod independent în afara corpului. În organismele multicelulare, interconectarea și interdependența multor celule duce la crearea unei noi calități care nu este echivalentă cu suma lor simplă. Elementele corpului - celule, țesuturi și organe - în total nu reprezintă încă un organism holistic. Doar combinarea lor în ordinea stabilită istoric în procesul de evoluție, interacțiunea lor formează un organism integral, care are anumite proprietăți.
1.1. Niveluri de organizare a materiei viiNatura vie este un sistem ierarhic complex organizat. Biologii, pe baza caracteristicilor manifestării proprietăților viețuitoarelor, disting mai multe niveluri de organizare a materiei vii (Fig. 1.1).
Nivel genetic molecular. Orice sistem viu, oricât de complex ar fi el organizat, funcționează la nivelul de interacțiune a macromoleculelor biologice: acizi nucleici, proteine, polizaharide și alte substanțe organice importante. La acest nivel începe implementarea celor mai importante procese ale activității vitale a organismului: metabolismul și conversia energiei, stocarea și implementarea informații ereditare transmiterea trăsăturilor și proprietăților din generație în generație etc.
Nivel celular. O celulă este o unitate structurală și funcțională, precum și o unitate de reproducere și dezvoltare a tuturor organismelor vii care trăiesc pe Pământ. Nu există forme de viață necelulare, iar existența virușilor și bacteriofagelor nu face decât să confirme această regulă, deoarece aceștia pot prezenta proprietățile sistemelor vii numai în celulele plantelor, animalelor sau microorganismelor.
nivelul tesuturilor.Țesutul este o colecție de celule de diferite tipuri și substanțe intercelulare, unite prin îndeplinirea unor funcții comune. De exemplu, sângele include elemente celulare - eritrocite, leucocite și trombocite, iar plasma servește ca substanță intercelulară.
Nivelul organelor. La majoritatea animalelor, un organ este o asociere structurală și funcțională a mai multor tipuri de țesuturi, izolate spațial de alte organe, ocupând un anumit loc în organism și îndeplinind o serie de funcții specifice. De exemplu, pielea umană ca organ include epiteliul și țesut conjunctiv- dermul, care împreună îndeplinesc o serie de funcții. Funcția principală este de protecție. Organele sunt combinate în sisteme. De exemplu, ei disting cardiovascular, genito-urinar, digestiv, sistemul respirator organe.
Nivelul organismului. Un organism este unicelular sau multicelular complet sistem viu, capabil de existență independentă, integrat într-o comunitate de felul său și indisolubil legat de factorii de mediu abiotici și biotici. Un organism unicelular, după cum sugerează și numele, este reprezentat de o singură celulă. Acestea sunt toate procariote, iar din eucariote - plante unicelulare (chlorella), animale (amoeba) și ciuperci (penicillium). Un organism multicelular este format dintr-o combinație de țesuturi și organe care îndeplinesc un set de funcții specifice.
Nivel populație-specie. O specie este un sistem de nivel supraorganism. O specie este considerată a fi un ansamblu de indivizi asemănători ca organizare structurală și funcțională, obișnuiți ca origine, similari în reacțiile lor comportamentale, având același cariotip, ocupând un anumit habitat, încrucișându-se liber între ei și dând urmași fertili și de asemenea, interacționând într-un anumit fel cu factorii de mediu și membrii altor specii.
Specia există de fapt sub formă de populații - grupuri separate de organisme, izolate parțial sau complet de alte seturi similare de organisme din specia lor. În acest sistem se realizează transformări evolutive elementare.
Nivel biogeocenotic. Biogeocenoza este un ansamblu de organisme vii de diferite niveluri de organizare care trăiesc pe același teritoriu și factorii de mediu care le afectează. În biogeocenoză se disting două componente: biocenoza și ecotop. Sub biocenoză se înțelege totalitatea organismelor vii din diferite grupuri sistematice care trăiesc pe același teritoriu. Ecotopul este o combinație de factori de mediu care afectează biocenoza.
nivel biosferic. Biosfera este cel mai înalt nivel de organizare a vieții de pe planeta noastră. Este, conform definiției lui V. I. Vernadsky, o înveliș a planetei locuită de organisme vii. izolate în biosferă materie vie- totalitatea tuturor organismelor vii, materie neînsuflețită sau inertă, materie bio-inertă și biogenă. Conform estimărilor provizorii, biomasa materiei vii este de aproximativ 2,5 × 10 12 tone Mai mult, biomasa organismelor care trăiesc pe uscat este reprezentată în proporție de 99,2% de plante verzi. La nivel biosferic are loc o circulație a substanțelor și transformarea energiei asociate cu activitatea vitală a tuturor organismelor vii care trăiesc pe Pământ.
Puncte de ancorare
Moleculele organice formează cea mai mare parte a materiei uscate a celulei.
Celula este cea mai mică unitate structurală și funcțională de organizare, precum și unitatea de reproducere și dezvoltare a tuturor organismelor vii.
Apariția țesuturilor și organelor la animalele și plantele pluricelulare a marcat specializarea părților corpului pentru a îndeplini diverse funcții.
Integrarea organelor în sisteme a dus la o întărire și mai mare a funcțiilor acestora și la oportunități și mai mari pentru organism de a folosi mediul.
Orez. 1.1. Niveluri de organizare a celor vii
Întrebări și sarcini pentru repetare
1. Ce sunt macromoleculele biologice și care este rolul lor în asigurarea proceselor metabolice în organismele vii?
2. Care sunt diferențele fundamentale dintre celulele organismelor vii aparținând diferitelor regate ale naturii?
3. Care este esența metodelor citologice, histologice și anatomice pentru studierea materiei vii?
4. Ce se numește biogeocenoză?
5. Cum poate fi caracterizată biosfera Pământului?
1.2. Criterii pentru sistemele viiÎntrebări și sarcini pentru discuție
1. În opinia dumneavoastră, care este necesitatea de a face distincția între diferitele niveluri de organizare a materiei vii?
2. Indicați criteriile de deosebire a diferitelor niveluri de organizare a materiei vii.
3. Care sunt esența și manifestările proprietăților de bază ale viețuitoarelor pe diferite niveluri organizatii?
4. Decat sisteme biologice diferit de obiectele neînsuflețite?
Să luăm în considerare mai detaliat semnele și proprietățile care disting sistemele vii de obiectele naturii neînsuflețite și principalele caracteristici ale proceselor de viață care disting materia vie într-o formă specială de existență a materiei.
Caracteristicile compoziției chimice. Compoziția organismelor vii include aceeași elemente chimice, ca în obiectele de natură neînsuflețită. Cu toate acestea, raportul dintre diferitele elemente din vii și nevii nu este același. Compoziția elementară a naturii neînsuflețite, alături de oxigen, este reprezentată în principal de siliciu, fier, magneziu, aluminiu etc. În organismele vii, 98% din compoziția chimică se încadrează pe patru elemente - carbon, oxigen, azot și hidrogen. În corpurile vii, aceste elemente participă la formarea moleculelor organice complexe, a căror distribuție în natura neînsuflețită este fundamental diferită atât în cantitate, cât și în esență. Marea majoritate a moleculelor organice din mediu sunt produse reziduale ale organismelor.
În materia vie, moleculele organice sunt împărțite în mai multe grupe principale, caracterizate prin anumite funcții specifice și reprezentând în cea mai mare parte polimeri biologici. În primul rând, aceasta acizi nucleici- ADN și ARN, ale căror proprietăți asigură stocarea, transmiterea și implementarea informațiilor ereditare, adică fenomenele de ereditate și variabilitate, precum și auto-reproducere. În al doilea rând, acestea sunt proteinele - principalele componente structurale ale celulelor și substanței intercelulare, regulatori ai proceselor morfofiziologice și catalizatori biologici. În al treilea rând, carbohidrații și grăsimile sunt componentele structurale ale membranelor biologice și ale pereților celulari, principalele surse de energie necesare asigurării proceselor vitale. Și, în sfârșit, un grup uriaș de așa-numitele „molecule mici” care participă la numeroase și diverse procese metabolice - metabolismul în organismele vii. Acestea sunt, de exemplu, vitaminele, acizii organici etc.
Metabolism. Toate organismele vii sunt capabile să facă schimb de substanțe cu mediul înconjurător, să absoarbă din acesta molecule organice și anorganice necesare nutriției și să elibereze deșeuri.
În natura neînsuflețită (minerală sau anorganică), există un schimb de substanțe, cu toate acestea, aceste procese au un fundal fizic - transferul unei substanțe sau o schimbare a stării sale de agregare.
În același timp, pentru organismele vii, schimbul atinge un nivel calitativ diferit - acestea sunt transformări chimice. În ciclul substanțelor organice, cele mai semnificative sunt reacțiile de sinteză și degradare.
Organismele vii absorb din mediu diverse substante(Fig. 1.2). Datorită unui număr de transformări chimice complexe, moleculele din mediu sunt asemănate cu substanțele unui organism viu, iar corpul său este construit din acestea. Aceste procese sunt numite asimilare sau schimb plastic.
Cealaltă parte a metabolismului - procesele disimilare, în urma cărora compușii organici complecși se descompun în compuși simpli, în timp ce asemănarea lor cu moleculele caracteristice organismului se pierde și se eliberează energia necesară reacțiilor de biosinteză. Prin urmare, se numește disimilare schimb de energie (vezi fig. 1.2).
Metabolismul, împreună cu procesele de autoreglare, asigură homeostaziei organism (din greacă. homoios asemanator, acelasi si stază- imobilitate, stare), adică invarianța compoziției chimice și a structurii tuturor părților corpului și, ca urmare, constanța funcționării acestora în condiții de mediu în continuă schimbare.
Orez. 1.2. Metabolismul și conversia energiei la nivelul corpului
Un principiu unic de organizare structurală. Toate organismele vii, indiferent de grupul sistematic din care aparțin, au structura celulara. Celula, așa cum am menționat deja mai sus, este o singură unitate structurală și funcțională, precum și o unitate de dezvoltare pentru toți locuitorii Pământului. Distinge cele care nu au nucleu procariotă(din lat. pro- înainte și greacă. Canon- nuc, miez de nuca) si avand miez eucariote(din greaca. au- bine si carion) celule.
Reproducere. Reproducerea, sau auto-reproducerea, se realizează la toate nivelurile de organizare a materiei vii. Datorită reproducerii, nu numai organismele întregi, ci și celulele, organelele celulare (mitocondrii, plastide etc.) după diviziune sunt similare cu predecesorii lor. Dintr-o moleculă de ADN, când aceasta este dublată, se formează două molecule fiice, repetându-se complet pe cea originală.
La nivel organismic, auto-reproducția, sau reproducerea, se manifestă sub formă de reproducere asexuată sau sexuală a indivizilor. Când organismele vii se reproduc, descendenții arată de obicei ca părinții lor: pisicile nasc pisoi, câinii nasc căței, plopul crește din nou din semințe de plop. Divizarea unui organism unicelular - o amibe - duce la formarea a două amibe, complet asemănătoare cu celula mamă.
În acest fel, reproducere- aceasta este proprietatea organismelor de a-și reproduce propriul fel de creaturi.
Auto-reproducția la toate nivelurile de organizare se bazează pe reacții de sinteză a matricei, adică formarea de noi molecule și structuri pe baza informațiilor conținute în secvența de nucleotide ADN. În consecință, auto-reproducția este una dintre principalele proprietăți ale viului, strâns legată de fenomenul eredității.
Ereditate. Ereditate este capacitatea organismelor de a-și transmite caracteristicile, proprietățile și trăsăturile de dezvoltare din generație în generație. semn numiți orice caracteristică a structurii la diferite niveluri de organizare a materiei vii și sub proprietățiînțelegeți caracteristicile funcționale care se bazează pe structuri specifice. Ereditatea se datorează organizării specifice a substanței genetice (aparatul ereditar) - cod genetic. Codul genetic este o astfel de organizare a moleculelor de ADN și ARNm, în care secvența nucleotidelor din acestea determină ordinea aminoacizilor dintr-o moleculă de proteină. Fenomenul de ereditate este asigurat de stabilitatea moleculelor de ADN și de reproducerea acestuia. structura chimica(reduplicare) cu cea mai mare precizie. Ereditatea implementează continuitatea materială (fluxul de informații) între organisme într-o serie de generații de orice fel.
Variabilitate. Sub variabilitate să înțeleagă capacitatea organismelor vii de a dobândi noi trăsături și proprietăți ca urmare a modificărilor în structura materialului ereditar, apariția de noi combinații de gene sau influența factorilor de mediu asupra dezvoltării lor.
Variabilitatea arată ca opusul eredității, dar, în același timp, ambele proprietăți sunt strâns legate, deoarece înclinațiile ereditare se schimbă - genele care determină dezvoltarea anumitor trăsături. Dacă reproducerea moleculelor de ADN a avut loc întotdeauna cu precizie absolută, atunci în timpul reproducerii organismelor ar fi moștenite numai trăsăturile care existau înainte. În acest caz, adaptarea speciilor la condițiile de mediu în schimbare ar fi imposibilă.
Variabilitatea creează o varietate de materiale pentru selecția naturală, adică selecția celor mai adaptați indivizi la condițiile specifice de existență în conditii naturale. Și aceasta, la rândul său, duce la apariția unor noi forme de viață, noi tipuri de organisme.
Crestere si dezvoltare. Capacitatea de a se dezvolta este o proprietate universală a materiei. Dezvoltarea este înțeleasă ca o schimbare regulată direcționată ireversibilă a obiectelor de natură animată și neînsuflețită. Ca urmare a dezvoltării, apare o nouă stare calitativă a obiectului, în urma căreia compoziția sau structura acestuia se modifică. Dezvoltarea unui individ este reprezentată dezvoltarea individuală, sau ontogenie(din greaca. ontos- existenta si geneză- originea, apariția) și dezvoltarea faunei sălbatice - dezvoltare istorica, sau evoluţie.
În timpul ontogenezei, semnele și proprietățile individuale ale organismelor se manifestă treptat și constant. Aceasta se bazează pe implementarea în etape a programului ereditar.
Indiferent de metoda de reproducere, toți indivizii fiice formați dintr-un zigot sau spor, rinichi sau celulă, moștenesc numai informatii genetice, adică capacitatea de a arăta anumite semne. Dezvoltarea este însoțită de creștere. În procesul de dezvoltare, apare o organizare structurală și funcțională specifică a individului, iar o creștere a masei sale (dimensiunea corpului) se datorează reproducerii macromoleculelor, structurilor elementare ale celulelor și celulelor înseși.
Dezvoltarea istorică, sau evoluția, este dezvoltarea ireversibilă și direcționată a naturii vii, însoțită de dobândirea de adaptări, formarea de noi specii și complicarea progresivă a vieții, precum și dispariția formelor preexistente. Rezultatul evoluției este diversitatea organismelor vii de pe Pământ.
aparitie grup separat organismele sunt numite filogeneza(din greaca. phylon clan, trib și geneză). Aceasta este înțeleasă ca originea și dezvoltarea unui mare grup sistematic de animale sau plante. De exemplu, filogeneza cordatelor - originea, dezvoltarea și taxonomia tipului de cordate; antropogeneza - apariția și formarea omului etc.
Iritabilitate. Orice organism este indisolubil legat de mediul înconjurător: extrage nutrienți din acesta, este expus factorilor de mediu favorabili și nefavorabili, interacționează cu alte organisme etc. În procesul de evoluție, organismele vii și-au dezvoltat și consolidat capacitatea de a răspunde selectiv la un mare varietate de impact extern. Această proprietate se numește iritabilitate. Orice modificare a condițiilor de mediu din jurul organismului este o iritare în raport cu acesta, iar reacția sa la stimuli externi servește ca un indicator al sensibilității sale și o manifestare a iritabilității.
Reacția animalelor multicelulare la iritare se realizează cu participarea sistem nervosși a sunat reflex.
De asemenea, organismele care nu au sistem nervos, precum protozoarele sau plantele, sunt lipsite de reflexe. Reacțiile lor, exprimate într-o schimbare a naturii mișcării sau creșterii, sunt de obicei numite Taxiuri(din greaca. Taxiuri- locație) sau tropisme(din greaca. tropos- viraj, direcție), adăugând numele stimulului la desemnarea acestora. De exemplu, fototaxia este mișcarea organismelor unicelulare către lumină, chimiotaxia este mișcarea unui organism în raport cu concentrația substanțe chimice. Fiecare tip de taxi poate fi pozitiv sau negativ, dar organismul se deplasează întotdeauna în zona de concentrație optimă a unei anumite substanțe sau la intensitatea acțiunii unui factor fizic de mediu. De exemplu, fototaxia în euglena verde se explică prin faptul că un animal unicelular capabil de fotosinteză tinde în condiții normale către o zonă mai iluminată a habitatului (fototaxie pozitivă). În același timp, dacă celula este expusă la lumină de intensitate prea puternică, acest lucru va determina mutarea corpului într-o zonă de iluminare mai scăzută (fototaxie negativă) sau chiar moartea acestuia.
Sub tropisme înțelegeți un anumit caracter de creștere, care este caracteristic plantelor. Deci, heliotropism (din greacă. helios- Soare) înseamnă creșterea sistemului lăstarilor plantelor (tulpină, frunze) spre Soare și geotropism (din greacă. geo- Pământ) - creșterea părților subterane (rădăcini) spre centrul Pământului.
Plantele sunt de asemenea caracterizate nastia(din greaca. nastos- compactat) - mișcările părților individuale ale organismului vegetal, de exemplu, mișcarea frunzelor în timpul orelor de zi, în funcție de poziția soarelui pe cer, deschiderea și închiderea corolei unei flori etc.
discretie. Cuvântul în sine provine din cuvântul latin discret, care înseamnă „discontinuu, divizat”. Discretitudinea este o proprietate universală a materiei. Deci, din cursul de fizică și chimie, se știe că fiecare atom este izolat și este format din particule elementareși că atomii formează o moleculă. Moleculele simple fac parte din compuși complecși.
Viața pe Pământ se manifestă și în forme discrete. Aceasta înseamnă că un organism separat sau alt sistem biologic (specie, biocenoză etc.) constă din părți separate izolate, adică izolate sau limitate în spațiu, dar totuși strâns legate și care interacționează, care formează o unitate structurală și funcțională. De exemplu, orice tip de organisme include indivizi individuali. Corpul unui individ extrem de organizat este construit din organe delimitate spațial, care, la rândul lor, constau din celule individuale. Aparatul energetic al celulei este reprezentat de mitocondriile individuale, aparatul de sinteză a proteinelor - de ribozomi etc până la macromolecule, fiecare dintre acestea putându-și îndeplini funcția doar fiind izolat spațial de ceilalți.
Discretitatea structurii corpului este baza ordinii sale structurale. Acesta creează posibilitatea de auto-înnoire constantă prin înlocuirea „uzată” elemente structurale(molecule, enzime, organite celulare, celule întregi) fără încetarea funcției îndeplinite. Discretitatea unei specii predetermina posibilitatea evoluției acesteia prin moartea sau eliminarea indivizilor neadaptați din reproducere, conservarea și reproducerea indivizilor cu trăsături utile supraviețuirii.
ÎNTREBĂRI ȘI SARCINI DE REVIZUIRE
Întrebarea 1. Ce sunt macromoleculele biologice și care este rolul lor în asigurarea proceselor metabolice în organismele vii?
Macromoleculele sunt numite molecule foarte mari, de obicei polimerice (multi-link). Există patru tipuri de macromolecule în organismele vii: carbohidrați, lipide, proteine și acizi nucleici. Ele formează baza chimica celule, deși unii carbohidrați și proteine fac parte și din substanța intercelulară, de obicei împreună cu sărurile (substanța principală a cartilajului, osului).
Întrebarea 2. Care sunt diferențele fundamentale dintre celulele organismelor vii aparținând diferitelor regate ale naturii?
Dezvoltarea vieții sălbatice pe pământ a dus la formarea mai multor regate de organisme - plante, animale, ciuperci, bacterii, licheni. O caracteristică a organizării moleculare a celulelor vegetale este că acestea conțin un pigment fotosintetic - clorofila. Datorită fotosintezei, oxigenul se acumulează în atmosfera Pământului și se formează anual sute de miliarde de tone de materie organică. Celulelor animale le lipsesc cochilii dure, plastide și vacuole. Celulele fungice conțin o membrană chitinoasă. Celulele lichenice sunt o simbioză între plante și ciuperci.
Întrebarea 3. Care este esența metodelor citologice, histologice și anatomice de studiere a materiei vii?
Metodele moderne de cercetare histologică sunt foarte numeroase și variate. Acestea permit analiza structurală și histochimică a obiectelor histologice la nivel microscopic și submicroscopic. Etapa principală a studiului histologic al țesuturilor animale este studiul obiectului prin metoda microscopică clasică, a cărei esență este determinată de fixarea materialului de studiu, urmată de pregătirea secțiunilor colorate.
În cursul unui studiu citologic, structura celulelor este studiată pentru a detecta tumori maligne, benigne și leziuni de natură non-tumorală. Scopul principal al studiului este de a confirma sau infirma faptul de malignitate a celulelor luate pentru analiză. Metodele de cercetare citologică se bazează pe studiul la microscop a structurii celulelor, a compoziției celulare a fluidelor și țesuturilor.
Întrebarea 4. Ce se numește biogeocenoză?
Conceptul de biogeocenoză a fost introdus în uz științific în 1942 de către academicianul Vladimir Nikolaevici Sukachev (1880-1967). Conform ideilor sale, biogeocenoza este un ansamblu de o amploare cunoscută suprafața pământului omogen fenomene naturale(atmosfera, roca, vegetatia, fauna salbatica si lumea microorganismelor, solul si conditiile hidrologice), care are specificul interactiunii acestor componente constituente si un anumit tip de schimb de materie si energie intre acestea si alte fenomene naturale.
Biogeocenoza este un sistem deschis bio-inert (adică format din materie vie și nevie), principala sursă de energie externă pentru care este energia radiației solare. Acest sistem este format din două blocuri principale. Primul bloc, ecotopul, combină toți factorii de natură neînsuflețită ( mediu abiotic). Al doilea bloc, biocenoza, este o colecție de toate tipurile de organisme. Din punct de vedere funcțional, biocenoza constă din autotrofe - organisme care sunt capabile să creeze materie organică din materie anorganică pe baza utilizării energiei solare și heterotrofe - organisme care folosesc materia organică creată de autotrofe ca sursă de materie și energie.
Întrebarea 5. Cum puteți caracteriza biosfera Pământului?
Biosfera (din grecescul „bios” - viață, „sferă" - o minge) este zona de existență și distribuție a materiei vii. Academicianul V. I. Vernadsky a formulat conceptul de biosferei Pământului astfel: „Biosfera este o înveliș organizată, definită. Scoarta terestra asociat cu viața, iar limitele acesteia sunt determinate în primul rând de domeniul existenței vieții. El credea că biosfera este eternă din punct de vedere geologic. În consecință, biosfera este cel mai mare sistem ecologic, sistemul de cel mai înalt rang. ÎN de ultimă oră acoperă partea inferioară a atmosferei până la înălțimea stratului de ozon, întreaga hidrosferă, pedosfera și partea superioară a litosferei până la adâncimea de distribuție a microorganismelor vii. În timp ce limita superioară a biosferei este suficient de clară, cea inferioară este vagă și variază nu numai de la Oceanul Mondial la continente, ci și în interiorul continentelor. În interiorul lor și sub fundul oceanelor, este limitată de temperaturile existenței microorganismelor.
Biosfera Pământului funcționează prin interacțiune cu atmosfera, hidrosfera și litosfera, primind energie de la acestea, biofiltrand substanțele și compușii chimici necesari vieții.
ÎNTREBĂRI ȘI SARCINI DE DISCUȚIE
Întrebarea 1. În opinia dumneavoastră, care este necesitatea de a face distincția între diferitele niveluri de organizare a materiei vii?
În procesul de evoluție, a existat o complicație treptată a organizării materiei vii și, pe măsură ce s-a format următorul nivel, cel anterior a fost inclus în acesta ca parte integrantă. Drept urmare, lumea ființelor vii din jurul nostru este o colecție de sisteme biologice. grade diferite dificultăți. Acest lucru determină necesitatea de a distinge diferite niveluri de organizare a materiei vii. De asemenea, este extrem de important ca unirea mai multor sisteme aparținând aceluiași nivel (de exemplu, celule) să ofere nu doar o sumă aritmetică a proprietăților lor. Există o creștere a calității pas înalt, Și sistem nou are capacități și abilități extinse (țesut, organism multicelular).
Întrebarea 2 Precizați criteriile pentru distingerea diferitelor niveluri de organizare a materiei vii.
Conceptul de niveluri structurale permite nu numai descrierea organismelor vii în ceea ce privește nivelurile lor de complexitate și tipare de funcționare, ci și aranjarea lor într-o ordine ierarhică, în care fiecare nivel anterior intră în următorul, formând un singur întreg al sistem viu. Astfel, reprezentarea nivelurilor de organizare este bine combinată cu integritatea organismului. Criteriul de selecție a nivelurilor de bază sunt structurile discrete specifice și interacțiunile biologice fundamentale.
Întrebarea 3 Care sunt esența și manifestările proprietăților de bază ale viețuitoarelor la diferite niveluri de organizare?
Pentru toate nivelurile de organizare a materiei vii de pe Pământ, unitatea compoziției chimice și biochimice este caracteristică; prezența macromoleculelor de bază este obligatorie (vezi răspunsul la întrebarea 3). Fiecare nivel este un sistem integral format din elemente interconectate și care interacționează. Prezența acestei interacțiuni asigură autoreglarea sistemului, creșterea, dezvoltarea și creșterea generală a biomasei (reproducție). În sfârșit, la orice nivel de organizare a materiei vii, observăm procesele de schimb de materie și energie cu mediul înconjurător, precum și capacitatea de a răspunde la schimbările din lumea înconjurătoare și de a se adapta la acestea. Desigur, o celulă și un ecosistem răspund diferit, de exemplu, la o creștere a temperaturii sau la schimbările sezoniere ale iluminării, dar însuși principiul răspunsului (iritabilitatea) este inerent materiei vii în orice stadiu al organizării sale.
Întrebarea 4 Prin ce diferă sistemele biologice de obiectele neînsuflețite?
Organismele vii se caracterizează printr-o structură mult mai complexă decât corpurile nevii.
Organismele vii reacţionează activ la mediu. Dacă, de exemplu, împingi o piatră, atunci aceasta se va mișca pasiv, iar dacă împingi un animal, acesta va reacționa activ: va fugi, va ataca, va schimba forma etc. Capacitatea de a răspunde la stimuli externi este o proprietate universală a ființelor vii, atât a plantelor, cât și a animalelor.
Toate viețuitoarele se reproduc. Mai mult, descendenții sunt asemănători părinților și, în același timp, diferă de ei într-un fel.
Organismele vii sunt bine adaptate la mediul lor. Structura unei păsări, pești, broaște, râme este pe deplin în concordanță cu condițiile în care trăiesc. Acest lucru nu se poate spune despre corpurile neînsuflețite: de exemplu, unei pietre „nu-i pasă” unde se află - poate să stea pe fundul unui râu sau să se bată într-un câmp sau să zboare în jurul Pământului ca satelitul său natural.
Care sunt diferențele fundamentale dintre celulele organismelor vii aparținând diferitelor regate ale naturii?
Celula este unitatea structurală a tuturor organismelor vii, indiferent de nivelul lor de organizare. Acest unitate elementară sistem viu. În natură, nu există sisteme mai mici care ar avea toate proprietățile viețuitoarelor. În funcție de caracteristicile organizării celulare, organismele vii sunt împărțite în procariote - nenucleare și eucariote - nucleare. Procariotele includ regatul Drobyanka și eucariotele - regnurile animalelor, plantelor și ciupercilor.
Principalele diferențe dintre celulele eucariote și cele procariote sunt prezentate în tabel.
| eucariote | procariote |
| 1. Există un nucleu, limitat de un înveliș format din două membrane, materialul genetic este stocat în interiorul nucleului - în cromozomi. În același timp, de regulă, funcționează un număr mic de gene, în special în celulele organismelor multicelulare. | 1. Miezul lipsește; molecula circulară de ADN este localizată liber în citoplasmă, nu este asociată cu proteine și nu formează elice nivel inalt. Majoritatea genelor funcționează continuu. |
| 2. Respirația aerobă are loc în mitocondrii. | 2. Respirația are loc pe suprafața interioară a membranei citoplasmatice și în mezosomi - invaginări ale membranei plasmatice. |
| 3. Principiul membranei de structură este inerent celulei. Sunt multe organite, unele dintre ele au două membrane (mitocondrii, cloroplaste). | 3. Puține organele; sunt reprezentați doar ribozomi, un aparat Golgi modificat și lizozomi. Nu există membrane interne. |
| 4. Dimensiunea unei celule eucariote este de 1000 – 10.000 de ori mai mare decât cea a procariotelor, poate ajunge la 40 de microni, la unele organisme unicelulare – câțiva milimetri. | 4. Dimensiunea celulelor procariote - de la 0,5 la 5 microni. |
| 5. Ele există sub formă de organisme unicelulare și formează organisme pluricelulare. | 5. Ele există numai sub formă de organisme unicelulare. |
| 6. Celulele animale nu au perete celular; Plantele au pereții celulari de celuloză, în timp ce ciupercile au pereții celulari de chitină. | 6. Au un perete celular format din mureină. |
| 7. Reproducerea (diviziunea) se realizează prin mitoză. | 7. Reproduce prin împărțire simplăîn două, care este precedată de o dublare a cromozomului inel. |
Celulele eucariote ale reprezentanților diferitelor regate ale vieții sălbatice au anumite diferențe între ele.
1. Celulele reprezentanților regnului animal nu au un perete celular, celulele vegetale au un perete celular de celuloză, peretele celular al celulelor fungice este format din chitină.
2. Celulele vegetale conțin plastide, ciupercile și celulele animale nu le au. Plastidele sunt organite cu două membrane care se găsesc numai în celulele vegetale. În ele au loc procese de fotosinteză și se depun substanțe nutritive.
3. Celulele vegetale se caracterizează prin prezența unor vacuole mari, în timp ce sunt rare în celulele animale.
4. În pereții celulari ai plantelor și ciupercilor există plasmodesmate - pori căptușiți cu o membrană plasmatică și care conțin citoplasmă. Celulele comunică între ele prin plasmodesmate.
Asemănări și diferențe în structura celulelor vegetale, animale și fungice
Asemănări în structura celulelor eucariote.
Acum este imposibil să spunem cu deplină certitudine când și cum a apărut viața pe Pământ. De asemenea, nu știm exact cum au mâncat primele viețuitoare de pe Pământ: autotrof sau heterotrof. Dar în prezent, reprezentanți ai mai multor regate de ființe vii coexistă pașnic pe planeta noastră. În ciuda marii diferențe de structură și stil de viață, este evident că există mai multe asemănări între ele decât diferențe și probabil că toate au strămoși comuni care a trăit în îndepărtata epocă arheică. Prezența „bunicilor” și „bunicilor” comune este evidențiată de o serie de aspecte comuneîn celulele eucariote: protozoare, plante, ciuperci și animale. Aceste semne includ:
Planul general al structurii celulare: prezența unei membrane celulare, citoplasma, nuclee, organite;
- asemănarea fundamentală a proceselor de metabolism și energie din celulă;
- codificare ereditară informație cu ajutorul acizilor nucleici;
- unitatea compoziţiei chimice a celulelor;
- procese similare de diviziune celulară.
Diferențele în structura celulelor vegetale și animale.
În procesul de evoluție, din cauza condițiilor inegale de existență a celulelor reprezentanților diferitelor regate de ființe vii, au apărut multe diferențe. Să comparăm structura și funcțiile vitale ale celulelor vegetale și animale (Tabelul 4).
Principala diferență dintre celulele acestor două regate constă în modul în care sunt hrănite. Celulele vegetale care conțin cloroplaste sunt autotrofe, adică ele însele sintetizează substanțele organice necesare vieții în detrimentul energiei luminoase în procesul de fotosinteză. Celulele animale sunt heterotrofe, adică sursa de carbon pentru sinteza propriilor substanțe organice pentru ele sunt substanțele organice care vin cu hrana. Acești nutrienți, cum ar fi carbohidrații, servesc ca sursă de energie pentru animale. Există excepții, cum ar fi flagelații verzi, care sunt capabili de fotosinteză la lumină, iar în întuneric se hrănesc cu produse gata făcute. materie organică. Pentru a asigura fotosinteza, celulele vegetale conțin plastide care poartă clorofilă și alți pigmenți.
pentru că celula plantei are un perete celular care îi protejează conținutul și îi asigură forma constantă, apoi la împărțirea între celulele fiice se formează un despărțitor, iar o celulă animală care nu are un astfel de perete se divide cu formarea unei constricții.
Caracteristicile celulelor fungice.
Astfel, alocarea ciupercilor unui regat independent, care numără mai mult de 100 de mii de specii, este absolut justificată. Ciupercile provin fie din cele mai vechi alge filamentoase care au pierdut clorofila, adică din plante, fie din unele heterotrofe antice necunoscute nouă, adică animale.
1. Cum diferă o celulă vegetală de o celulă animală?
2. Care sunt diferențele în diviziunea celulară vegetală și animală?
3. De ce sunt evidențiate ciupercile ca un regat independent?
4. Ce este comun și ce diferențe de structură și viață pot fi distinse prin compararea ciupercilor cu plantele și animalele?
5. Pe baza ce caracteristici putem presupune că toate eucariotele au avut strămoși comuni?
Kamensky A. A., Kriksunov E. V., Pasechnik V. V. Biologie clasa a 10-a
Trimis de cititorii de pe site
