Биология – наука, изучающая закономерности возникновения и развития жизни на Земле

ВВЕДЕНИЕ

Термин «биология» впервые был предложен французским ученым Ж.Б. Ламарком в 1802 году. Этот термин состоит из двух слов греческого происхождения: bios – жизнь; logos – учение. Таким образом, биология – это учение о жизни.

Биология – наука, изучающая закономерности возникновения и развития жизни на Земле.

Что же такое «жизнь»?

Впервые научное определение жизни было дано Ф. Энгельсом в 1878 году:

«Жизнь – это есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных этих тел».

«...жизнь – это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей средой, причем с прекращением этого обмена прекращается и жизнь».

Из определения жизни, данного Ф. Энгельсом, вытекают три положения:

1. Материальным субстратом (носителем) жизни являются белковые тела (под "белковым телом" он понимал не белки, а сложные химические образования).

2. Жизнь рассматривается как особая форма движения материи, которая заключается в обмене веществ.

3. Подчеркивается неразрывная связь живых существ с окружающей средой.

 

Определение жизни Энгельса не утратило своей актуальности и по сей день. Однако за период времени, прошедший с тех пор, учеными было сделано много открытий в области биологии и других наук, которые позволили глубже понять сущность жизни. В частности, удалось уточнить субстрат жизни. Сегодня под материальным носителем (субстратом) жизни понимают комплекс, состоящий из двух биополимеров: белков и нуклеиновых кислот.

С точки зрения кибернетики, живые организмы рассматриваются как открытые саморегулирующиеся системы, которые обмениваются с окружающей средой тремя потоками: вещества, энергии и информации.

Для характеристики живых организмов как открытых систем используется 2-й закон термодинамики, согласно которому в неживой природе разнообразные процессы идут всегда в одном направлении – все виды энергии переходят в конечном итоге в тепловую, которая равномерно распределяется между всеми телами, т.е. происходит увеличение энтропии. Поэтому энтропию рассматривают как меру упорядоченности (структурированности) живых систем.

Все живые организмы имеют низкую энтропию, так как обладают высокой структурированностью на протяжении всей жизни. Снижение энтропии в живых организмах достигается за счет постоянного извлечения энергии из окружающей среды. При этом энтропия в окружающей среде повышается.

Академик В.И. Вернадский рассматривал жизнь как явление биосферное: «Вне биосферы мы жизнь научно не знаем и ее проявления научно не видим».

Профессор М.М. Камшилов, основываясь на учении Вернадского, характеризует жизнь как биотический круговорот веществ, а живые организмы выступают в качестве отдельных звеньев этого круговорота.

Свойства жизни (фундаментальные):

· самообновление;

· самовоспроизведение;

· саморегуляция.

На этих трех свойствах основаны все проявления жизни:

· обмен веществ и энергии;

· строгая упорядоченность биохимических реакций во времени и пространстве;

· структурированность живых объектов;

· раздражимость – способность давать ответную реакцию на действие факторов внешней среды;

· размножение;

· гомеостаз;

· наследственность и изменчивость;

· индивидуальное и филогенетическое развитие;

· дискретность и целостность.

Уровни организации жизни

Несмотря на огромное многообразие форм проявлений жизни, ученые выделяют несколько уровней ее организации. Каждый уровень организации жизни характеризуется специфическими элементарными структурами и специфическими элементарными явлениями.

 

Молекулярно-генетический уровень

Единицей наследственной информации является ген – определенная последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК. Специфические элементарные явления…

Клеточный уровень

Элементарной структурой является клетка, а элементарными явлениями – реакции клеточного обмена веществ.

 

Онтогенетический уровень

Элементарной структурной единицей является отдельная особь, или организм. Организм рассматривается на протяжении всего периода его существования (онтогенеза).

Элементарное специфическое явление – процесс реализации наследственной информации, закодированной в молекулах ДНК, в признаки и свойства отдельной особи, протекающий в определенных условиях окружающей среды (процесс превращения генотипа в фенотип).

 

Популяционно-видовой уровень

Элементарной единицей этого уровня является популяция. Популяция – форма существования любого вида.

В качестве элементарного специфического явления на этом уровне выступает элементарное эволюционное явление – длительное изменение генотипического состава (генофонда) популяции, которое возникает в результате действия на популяцию элементарных эволюционных факторов: естественного отбора, популяционных волн, изоляции, мутационного процесса, дрейфа генов.

 

Биогеоценотический уровень

Элементарной специфической единицей этого уровня является биогеоценоз – исторически сложившееся на определенной территории сообщество животных и растительных организмов, тесно взаимодействующее с окружающей его средой.

Элементарные специфические явления – круговорот веществ и превращение энергии в биогеоценозах.

Биосферный (глобальный) уровень

Этот уровень объединяет все предыдущие уровни. Все круговороты веществ отдельных биогеоценозов составляют единый глобальный круговорот веществ.

 

Наиболее общие методы, используемые в биологии

· Описательный (самый древний). Состоит в описании существующих проявлений жизни, собирании фактов. · Сравнительный. Основан на изучении сходства путем сопоставления отдельных… · Исторический. Выясняет закономерности появления и развития организмов в становлении отдельных систем, органов и…

Место биологии в системе подготовки врача

1. Развитие медицины во многом связано с достижениями в области биологии: · Исследования Луи Пастера (1862) показали невозможность самопроизвольного… · Исследования И.И. Мечникова (1845 – 1916), изучавшего внеклеточное пищеварение у кишечнополостных, позволили…

Г Е Н Е Т И К А

Наследственность –свойство всех живых организмов передавать особенности своего строения и развития потомкам. Изменчивость – свойство всех живых организмов изменять наследственную… Эти два понятия тесно связаны друг с другом.

Структурно-функциональные уровни организации наследственного материала

Генный уровень Наименьшей (элементарной) единицей наследственного материала является ген.

Хромосомный уровень

Хромосомный уровень в эукариотических клетках обеспечивает характер функционирования отдельных генов, тип их наследования и регуляцию их активности.…

Геномный уровень

Генотип –совокупность всех генов, заключенных в диплоидном наборе хромосом, или кариотипе. Кариотип – полный набор хромосом, характеризующийся у… Геномный уровень отличается высокой стабильностью. Он обеспечивает сложную…  

Молекулярные основы наследственности

Функции генов: · хранение наследственной информации; · управление биосинтезом белка и других веществ в клетке;

Функциональная классификация генов

 

Все гены делятся на три группы:

· cтруктурные – контролируют развитие признаков путем синтеза соответствующих ферментов;

· регуляторные – управляют деятельностью структурных генов;

· модуляторные – смещают процесс проявления признаков в сторону его усиления или ослабления, вплоть до полной блокировки.

 

Особенности строения генов

У прокариотических и эукариотических клеток

Клетки в природе делятся на прокариотические и эукариотические. У прокариот ген имеет непрерывную структуру, т.е. представляет собой часть молекулы ДНК.

У эукариот ген состоит из чередующихся участков: экзонови интронов. Экзон – информативный участок, интрон – неинформативный. Число интронов у разных генов неодинаково (от 1 до 50).

 

Экспрессия (проявление действия) гена в процессе синтеза белка

 

Весь процесс синтеза белка условно делится на три этапа: транскрипция,

Процессинг и трансляция.

Транскрипция

Молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных нитей. Каждая нить представлена последовательностью нуклеотидов, а каждый нуклеотид состоит из… Каждая нить молекулы ДНК имеет два конца – гидроксильный (3¢) и фосфатный… Синтез и-РНК в клетке всегда идет от фосфатного конца к гидроксильному. Поэтому матрицей для транскрипции служит одна…

Процессинг

1. Образование колпачка (КЭПа) на фосфатном конце. Колпачок – это трифосфонуклеозид, содержащий гуанин. С помощью колпачка и-РНК… 2. Метилирование азотистых оснований.

Трансляция

 

Трансляция –это процесс считывания информации с молекулы и-РНК на молекулу белка. Подобно транскрипции, трансляция протекает в три стадии:

· инициация,

· элонгация,

· терминация.

Инициация

Элонгация

Заключается в синтезе полипептида из свободных аминокислот, которые доставляются транспортными РНК. Аминокислота обязательно сначала должна попасть в аминоацильный центр – «центр узнавания». Скорость присоединения аминокислот у прокариот и эукариот разная: за одну секунду присоединяется две аминокислоты у эукариот и 16-17 – у прокариот.

Терминация

На этом синтез белка завершается. Поскольку у про- и эукариот принципиальной разницы в механизме биосинтеза… Следует также иметь в виду, что в синтезе белка принимает участие множество факторов инициации, элонгации,…

Регуляция экспрессии генов

Регуляция генной активности в клетках может происходить на всех этапах экспрессии – от репликации ДНК до посттрансляционных процессов. Рассмотрим… Впервые принцип регуляции на уровне транскрипции был установлен французскими… В приведенной ниже схеме lac-оперона Р – ген-регулятор; П – промотор; О – ген-оператор; Z, Y, A – структурные гены,…

Разновидности генов

Наряду с приведенной ранее функциональной классификацией генов существуют и другие их разновидности: псевдогены, онкогены и мобильные гены. Псевдогены (ложные гены) – нуклеотидные последовательности в молекуле ДНК,… Онкогены – нуклеотидные последовательности в молекуле ДНК, присутствующие в хромосомах нормальных клеток, способные…

Генотип и фенотип.

Качественная и количественная специфика проявления генов в признаки

Фенотип– совокупность всех внешних и внутренних признаков и свойств организма, которые формируются в результате взаимодействия генотипа с… Впервые ответ на вопрос о том, как ген реализуется в признак, дали… Исходя из этой гипотезы и с учетом современных знаний, весь путь реализации гена в признак можно представить следующим…

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕНОВ

Наряду с функциональной классификацией генов они подразделяются еще на аллельные и неаллельные. Аллельными называются гены, которые определяют контрастирующие… Примеры контрастирующих свойств некоторых признаков человека.

Взаимодействие аллельных генов

 

Различают следующие виды взаимодействия аллельных генов:

· полное доминирование,

· неполное доминирование,

· сверхдоминирование,

· кодоминирование,

· межаллельная комплементация,

· аллельное исключение.

Полное доминирование

Впервые это явление открыто Г. Менделем в опытах на горохе. Признаки, подчиняющиеся законам Менделя, называются менделирующими. Г. Мендель сформулировал три закона: I – закон единообразия;

Неполное доминирование

Пример: окраска цветков у ночной красавицы. Доминантные гомозиготные растения (АА) имеют красные цветки, рецессивные гомозиготные (аа) – белые, а… Пример у человека – серповидноклеточная анемия, в основе которой лежит мутация… аминокислот – валина – на глутаминовую кислоту. В результате меняется строение гемоглобина и эритроциты приобретают…

Сверхдоминирование

Сверхдоминирование имеет место в том случае, когда фенотипическое проявление доминантного гена в гетерозиготном состоянии сильнее, чем в гомозиготном:

Aa > AA.

Пример – гетерозис, или явление гибридной силы, когда гибриды первого поколения обладают резко выраженными фенотипическими признаками (в последующих поколениях проявление этих признаков ослабевает).

Кодоминирование

Примеры: гены нормального и серповидноклеточного гемоглобина; наследование у человека IV группы крови (AB). В то же время группы крови являются… Множественный аллелизм – наличие в генофонде популяции более двух аллельных… Пример. Окраска шерсти у кроликов определяется четырьмя аллельными генами: A, ach, ah, a.

Межаллельная комплементация

Пример: D – ген, кодирующий синтез белка с четвертичной структурой (например, глобин в гемоглобине). Четвертичная структура состоит из нескольких… D¢ + D¢¢ = D.

Аллельное исключение

Пример: фенотипическое проявление аллельных генов, расположенных в Х-хромосоме женского организма. В норме в каждой клетке женщины из двух…

Взаимодействие неаллельных генов

 

Различают следующие виды (формы) взаимодействия неаллельных генов:

· комплементарное (дополнительное),

· эпистаз,

· полимерия,

· эффект положения,

· регуляторные взаимодействия.

Комплементарное взаимодействие

Классический пример такого взаимодействия – наследование формы гребня у кур. Встречаются следующие формы гребня: листовидный – результат… Другой пример – наследование окраски шерсти у мышей. Окраска бывает серая,… A – ген, определяющий синтез пигмента;

Эпистаз

Различают две формы эпистаза – доминантный и рецессивный. При доминантном эпистазе в качестве гена-подавителя (супрессора) выступает доминантный… Пример доминантного эпистаза – наследование окраски оперения у кур.… С – ген, определяющий окраску оперения (обычно пеструю),

Полимерия

Например, окраска зерен у пшеницы определяется двумя парами неаллельных генов: A1 – ген, определяющий красную окраску; a1 – ген, не определяющий красную окраску;

Эффект положения

Пример – наследование белка Rh-фактора (резус-фактора). У 85% европейцев резус-фактор имеется (Rh+), у 15% – его нет (Rh-). Определяется… Два человека с одинаковым генотипом CcDDEe будут иметь разные фенотипы в…  

Регуляторные взаимодействия

Регуляторными называются взаимодействия, имеющие место в ходе регуляции экспрессии генов на уровне транскрипции (т.е. взаимодействия регуляторных и структурных генов).

ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАСЛЕДОВАНИЯ СЦЕПЛЕННЫХ ПРИЗНАКОВ

Согласно III закону Менделя, наследование по каждой паре признаков идет независимо друг от друга. Но этот закон справедлив лишь для случая, когда… Термин «сцепленные признаки» был введен американским ученым Томасом Морганом.… В качестве объекта своих исследований Т. Морган выбрал плодовую мушку дрозофилу. Выбор оказался очень удачным ввиду…

Генетика пола

В природе существует три типа определения пола: · прогамный, · эпигамный,

Наборы половых хромосом у некоторых животных и человека

П о л	Организмы
♀♀	♂♂
XX XY XX XO	XY XX XO XX	Человек, дрозофила Птицы, бабочки Тараканы Комнатная моль

 

Формирование пола в онтогенезе

Процесс формирования пола в онтогенезе длителен и проходит несколько этапов или уровней. У человека можно выделить четыре уровня: 1. Хромосомный – сочетание половых хромосом: ХХ – женский пол, XY – мужской… 2. Гонадный – формирование гонад: яичники или семенники.

Закономерности наследования признаков,

Сцепленных с полом

У человека известно несколько сотен признаков, гены которых расположены в половых хромосомах. Наследование этих признаков имеет свои особенности. … У млекопитающих и у человека половые хромосомы X и Y имеют небольшой…    

Сцепленными с полом называются такие признаки, гены которых расположены в негомологичных участках половых хромосом.

· гомологичный участок (I): геморрагический диатез, пигментная ксеродерма, общая цветовая слепота; · негомологичный участок (II): рецессивные признаки – гемофилия, дальтонизм,… · негомологичный участок (III): гипертрихоз (избыточное оволосение ушной раковины), перепончатость пальцев на…

ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ

Цитоплазматической называется наследственность, обусловленная молекулами ДНК или РНК, находящимися в цитоплазме автономно или в составе органелл.… На сегодняшний день такие гены обнаружены в пластидах, митохондриях и…

Пластидная наследственность

Установлено, что пестролистность (наличие на листе белых участков, лишенных хлорофилла) у некоторых растений обусловлена генами, находящимися в пластидах.

У хламидомонады (одноклеточная водоросль) ген, определяющий устойчивость к стрептомицину, также расположен в пластидах.

Митохондриальная наследственность

Примерами митохондриальной наследственности является устойчивость к антибиотикам у дрожжевых клеток и мужская половая стерильность (отсутствие мужских гамет) у ряда растений, например, у кукурузы.

У человека (предположительно) – такие пороки развития, как сращение нижних конечностей и расщепление позвоночника.

Центриолярная наследственность

В цитоплазме бактерий автономно расположены небольшие кольцевые молекулы ДНК – плазмиды. Выделено три вида плазмид. · Плазмиды, содержащие F-фактор (фактор фертильности): F+ (мужской пол), F-… · Плазмиды, содержащие R-фактор (фактор резистентности), определяют устойчивость к антибиотикам. Также могут…

ИЗМЕНЧИВОСТЬ

Изменчивость – свойство живых организмов изменять как саму наследственную информацию, полученную от родителей, так и процесс ее реализации в ходе… Выделяют три вида изменчивости: · фенотипическая,

Классификация мутаций

 

1) По характеру проявления в гетерозиготном состоянии – доминантные (проявляются в гетерозиготном состоянии) и рецессивные (проявляются только в гомозиготном состоянии).

2) В зависимости от причины – спонтанные (без видимых причин) и индуцированные (вызванные направленным действием какого-то фактора).

3) В зависимости от локализации в клетке – ядерные и цитоплазматические.

4) По отношению к возможности наследования – генеративные (в половой клетке) и соматические (возникшие в соматической телесной клетке). Соматические мутации у видов, размножающихся половым способом, по наследству не передаются. Но для данного индивида они не безразличны (например, родимые пятна, пятна на радужке, раковая опухоль).

5) Функциональная (в зависимости от исхода) – полезные, вредные (в том числе летальные) и нейтральные (безразличные).

6) По характеру изменения генома – генные (изменение структуры гена), хромосомные (изменение строения хромосом) и геномные (изменение числа хромосом).

Генные мутации

1. Замена одних азотистых оснований на другие. Например, при дезаминировании (цитозин превращается в тимин) или при ошибочном включении нуклеотида в… 2. Сдвиг рамки считывания – в результате выпадения или вставки какого-то… ААА ЦГТ ААЦ фен – ала – лей

Хромосомные мутации

· Внутрихромосомные: а) дефишенси – отрыв концевого участка хромосомы; б) делеция – выпадение срединного участка хромосомы;

Геномные мутации

· полиплоидия - увеличение числа хромосом на величину, кратную гаплоидному набору; · анеуплоидия – увеличение числа хромосом на величину, не кратную гаплоидному…

Хромосомные болезни человека

Встречаются в 1% случаев среди всех новорожденных, в 7% - среди мертворожденных и в 42% самопроизвольных выкидышей. В настоящее время описано более 100 хромосомных заболеваний человека. Они… В 1971 г. на Международном генетическом конгрессе в Париже была введена единая международная цитогенетическая…

Гетерохромосомные болезни

Пол – женский. Частота – 7 случаев на 10000 новорожденных девочек. Низкий рост, короткая шея, крыловидная складка на шее (от затылка к… Синдром Клайнфельтера – 47, XXY (легкая степень) или 48, XXXY(тяжелая степень).

Аутосомные болезни

Синдром Дауна – 47, XY + 21 или 47, XX + 21(трисомия по 21-й паре хромосом). Частота – 15 случаев на 10000 новорожденных обоих полов. Укороченные конечности, маленькая головка, плоское лицо, широкая переносица, монголоидный разрез глаз, большой язык,…

Причины и частота возникновения мутаций

Частота мутаций в природе определяется отношением числа гамет, несущих данную мутацию, к общему числу гамет (данного поколения, в данной популяции).… Так как число генов достаточно велико, суммарная частота мутаций у того или… Мутации могут идти и в прямом, и в обратном порядке (т.е. рецессивные гены – в доминантные, а доминантные – в…

Физические факторы

Под действием ионизирующего излучения в клетках образуются ионы Н+, ОН- и свободные радикалы, которые активно вступают в химические реакции. В ходе… Дозу радиоактивного излучения принято измерять в «радах» (сокращенно рад) или… Чувствительность организмов к действию ионизирующей радиации разная. Так, летальная доза (разовая минимальная,…

Химические факторы

– колхицин, митотический яд – разрушает веретено и останавливает деление клетки на метафазе; селекционеры используют его для получения полиплоидных… – формальдегид и его производное – формалин; – пестициды, гербициды;

Биологические факторы

· Вирусы (герпес, ветряная оспа, коревая краснуха, энцефалит, полиомиелит).

· Живые вакцины, сыворотки, гистамин, стероидные гормоны.

· Возраст(чем больше, тем выше вероятность возникновения наследственных заболеваний,– так, синдром Дауна в 14 раз чаще возникает у детей от матерей, рожающих после 40 лет).

· Нарушение функции какого-то органа(рак молочной железы чаще возникает у нерожавших женщин).

Различия в действии ионизирующей радиации и химических мутагенов

  Возникшая мутация фенотипически проявляется не всегда. В природе существует…

Антимутационные барьеры

1. Наличие двух нитей молекулы ДНК. Изменения, возникшие в одной нити, могут быть восстановлены благодаря существованию второй неизмененной нити ДНК. Процесс восстановления поврежденной молекулы ДНК называется репарацией. Она бывает нескольких видов:

Дорепликативная (световая и темновая),

Пострепликативная,

SOS-репарация.

Ц – А – Т – А – Г – Т = Т – А – Г ║ ║ ║ ║ ║ ║ ║ Г – Т – А – Т – Ц – А – А – Т – Ц

ГЕНЕТИКА ПОПУЛЯЦИЙ

Совокупность генотипов всех особей, составляющих данную популяцию, носит название генофонд. Существует ли закономерность в распределении генов и генотипов внутри… 1) бесконечно большая численность;

I. Частоты встречаемости генов одной аллельной пары в популяции остаются постоянными из поколения в поколение.

p + q = 1,

где p – частота встречаемости доминантного аллеля (А), q – частота встречаемости рецессивного аллеля (a).

II. Частоты встречаемости генотипов в одной аллельной паре в популяции остаются постоянными из поколения в поколение, а их распределение соответствует коэффициентам разложения бинома Ньютона 2-й степени.

p² + 2pq +q² = 1

Эту формулу следует выводить с помощью генетических рассуждений.

Допустим, что в генофонде популяции доминантный аллель А встречается с частотой р, а рецессивный аллель а с частотой q. Тогда в этой же популяции женские и мужские гаметы будут нести аллель А с частотой р, а аллель а с частотой q. При свободном скрещивании (панмиксии) происходит случайное слияние гамет и образуются самые разные их сочетания:

	pА	qa
pA	р2AA	pqAa
qa	pqAa	q2aa

Запишем полученные генотипы в одну строку:

p²AA + 2pqAa + q²aa = 1.

Теперь докажем на конкретном примере, что частоты встречаемости генов одной аллельной пары из поколения в поколение не меняются. Допустим, что в некой популяции в данном поколении pA = 0,8, qa = 0,2. Тогда в следующем поколении будет:

	0,8А	0,2a
0,8A	0,64AA	0,16Aa
0,2a	0,16Aa	0,04aa

 

0,64 АА + 0,32 Аа + 0,04 аа = 1.

При этом частота встречаемости аллельных генов в гаметах остается без изменений:

А = 0,64+0,16 = 0,8; а = 0,04+0,16 = 0,2.

Закон Харди-Вайнберга применим и для множественных аллелей.

Так, для трех аллельных генов формулы будут следующие:

(I) p + q + r = 1,

(II) p² + 2pq + 2pr + 2 qr + q² + r² = 1.

Практическое значение закона Харди-Вайнберга состоит в том, что он позволяет рассчитать генетический состав популяции в данный момент и выявить тенденцию его изменения в будущем.

Применение этого закона на практике показало, что популяции отличаются друг от друга по частоте встречаемости генов. Так, по генам группы крови в системе АВ0 различия между русскими и англичанами были следующие:

	IA	IB	I0
Русские	0,25	0,19	0,56
Англичане	0,25	0,05	0,70

Дрейф генов

Дрейф генов может привести популяцию в гомозиготное состояние. Он играет очень важную роль в формировании генофонда малочисленных популяций. Именно… Доказательство дрейфа генов было получено в эксперименте на мухах-дрозофилах.… (адаптивного значения не имеет):

Генеалогический метод

1) составление родословной; 2) анализ родословной. Составление родословной начинают с пробанда, т.е. человека, относительно которого проводится исследование. В…

Признаки, характерные для родословной при аутосомно-рецессивном типе наследования

2. Накопление пораженных лиц в одном поколении (наследование по горизонтали). 3. Одинаковая частота поражения мужчин и женщин. 4. Повышенный процент инбридинга (кровно-родственный брак).

Признаки родословной при У-сцепленном (голандрическом) типе наследования

Признак, имеющийся у отца, передается всем его сыновьям.

 

Близнецовый метод

Близнецы рождаются в одном случае из 84 родов. Из них 1/3 приходится на рождение монозиготных близнецов, 2/3 – на дизиготных. Монозиготные (MZ) близнецы развиваются из одной яйцеклетки, оплодотворенной… Дизиготные (DZ) близнецы развиваются при оплодотворении двух яйцеклеток двумя сперматозоидами. Общих генов у них 50%,…

Цитогенетический метод

1) изучение хромосомного набора в соматических клетках организма человека, т.е. кариотипа; 2) определение полового хроматина. 1. Исследование кариотипа.

Биохимический метод

Осуществляется в два этапа. На первом этапе проводится обследование большого контингента лиц с целью выявления предположительных случаев заболевания… · выявление больных в доклинической стадии, т.е. до развития симптомов… · выявление здоровых носителей патологического гена с целью определения дальнейшей тактики по планированию семьи.

Методы генетики соматических клеток

- Культивирование, т.е. размножение клеток для последующего цитогенетического, биохимического, иммунологического и других видов исследований. - Клонирование, т.е. получение потомков одной клетки. - Селекция соматических клеток, т.е. целенаправленный отбор клеток с определенными свойствами.

Популяционно-статистический метод

Метод позволяет установить: 1. Частоту встречаемости аллелей одного гена в популяции, т.е. генные частоты.… а) гены, имеющие универсальное распространение, т.е. встречающиеся в разных популяциях с одинаковой частотой,

Методы моделирования

Теоретической основой для биологического моделирования является закон гомологических рядов наследственной изменчивости, открытый Н.И.Вавиловым.… Математическое моделирование. Наибольшее применение эти методы нашли в…  

Методы изучения ДНК

· Методы секвекнирования (определения нуклеотидной последовательности ДНК).

· Использование ДНК-зондов.

· Клонирование ДНК-зондов.

Читать по учебнику В.Н.Ярыгина «Биология».

Классификация наследственной патологии человека

I. Наследственные болезни(болезни, причиной которых являются изменения наследственного материала).

Генные болезни.

А. Моногенные болезни:

- аутосомно-доминантные;

- аутосомно-рецессивные;

- Х-сцепленные доминантные;

- Х-сцепленные рецессивные;

- У-сцепленные.

Б. Полигенные болезни (ретинобластома, нефробластома).

Хромосомные болезни.

- анеуплоидии; - хромосомные аберрации. Б. Гетерохромосомные синдромы:

ПРИНЦИПЫ ПРОФИЛАКТИКИ, ДИАГНОСТИКИ И ЛЕЧЕНИЯ НАСЛЕДСТВЕННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ

 

Профилактика и диагностика наследственной патологии

В настоящее время профилактика наследственной патологии проводится на четырех уровнях: 1) прегаметическом; 2) презиготическом; 3) пренатальном; 4) неонатальном.

Прегаметический уровень

1.Санитарный контроль за производством – исключение влияния на организм мутагенов. 2.Освобождение женщин детородного возраста от работы на вредном… 3.Создание генетических регистров, т.е. перечней наследственных заболеваний, которые распространены на определенной…

Презиготический уровень

МГК населения ставит своей целью информировать семью о степени возможного риска рождения ребенка с наследственной патологией и оказать помощь в… Различают два вида МГК: проспективное и ретроспективное. Проспективное МГК проводится относительно прогноза здоровья потомства еще до рождения больного ребенка в семье.…

Пренатальный уровень

Пренатальная диагностика – это комплекс мероприятий, который осуществляется с целью определения наследственной патологии у плода и прерывания данной… К методам пренатальной диагностики относятся: 1. Ультразвуковое сканирование (УЗС) – исследование плода с помощью ультразвука.

Неонатальный уровень

На четвертом уровне проводится скрининг новорожденных на предмет выявления аутосомно-рецессивных болезней обмена в доклинической стадии, когда своевременно начатое лечение дает возможность обеспечить нормальное умственное и физическое развитие детей. Основывается на клиническом, генетическом и лабораторно-инструментальном обследовании пациентов.

 

Принципы лечения наследственных заболеваний

1. Симптоматическое (воздействие на симптомы болезни). 2. Патогенетическое (воздействие на механизмы развития заболевания). Симптоматическое и патогенетическое лечение не устраняет причины заболевания, т.к. не ликвидирует генетический…

Этап

Синтез искусственных генов вне организма возможен двумя способами: химическим и ферментативным.

Химический синтез – создание гена с известной нуклеотидной последовательностью. Впервые искусственный ген был синтезирован в 1970 г. индийским ученым Г. Кораной. Это был ген аланиновой т-РНК. Он состоял из 72 нуклеотидов и включал только структурную часть. Регуляторная часть гена отсутствовала, поэтому ген был функционально не активным. В 1976 г. Корана осуществил химический синтез другого гена – гена тирозиновой т-РНК кишечной палочки, который включал промотор и терминатор, т.е. регуляторные части.

Ферментативный синтез искусственных генов – это синтез ДНК на матрице и-РНК в процессе обратной транскрипции. Ферментативный синтез искусственных генов стал возможным после открытия в 1970 г. ферментов обратной транскрипции – обратных транскриптаз. ДНК, полученная в процессе обратной транскрипции, называется ДНК-копией. Полученные путем ферментативного синтеза гены не имеют регуляторных участков, поэтому для обеспечения работы этих генов необходимо присоединять промотор, взятый из генома бактериальной клетки. Таким образом были получены гены, отвечающие за синтез некоторых гормонов: инсулина, соматотропина, глобиновые гены.

Этап

Состоит в сшивании полученного гена с направляющей, или векторной, молекулой ДНК. В качестве направляющих молекул могут использоваться:

а) бактериальные плазмиды, т.е. кольцевые молекулы ДНК, присутствующие в бактериальной клетке;

б) фаги (фаг лямбда);

в) вирусы (вирус SV 40).

Плазмидную ДНК выделяют и расщепляют ферментом рестриктазой, превращая кольцевую молекулу в линейную. Причем после разрезания одна из цепей оказывается длиннее другой на несколько нуклеотидов, т.е. формируются так называемые «липкие концы». Эти нуклеотиды могут свободно спариваться с комплементарными нуклеотидами другого фрагмента ДНК с липкими концами. Благодаря этому ДНК из различных источников могут объединяться, образуя рекомбинантные молекулы. Рекомбинантную конструкцию вводят затем в бактерию, где она реплицируется.

Этап

Состоит в проникновении гибридной молекулы ДНК в клетку-реципиент и встраивании в ее геном. Способ введения в клетку гибридных молекул зависит от вектора. Если в качестве вектора используется плазмида, то введение происходит по типу трансформации; если в качестве вектора используется фаг или вирус – по типу трансдукции.

Достижения генной инженерии могут быть использованы по следующим направлениям.

1. Введение генов эукариот в бактерии и создание таких микроорганизмов, которые могут в промышленном масштабе синтезировать биологически активные вещества: антибиотики, витамины, гормоны. Например, были синтезированы гены, отвечающие за синтез инсулина, введены в геном кишечной палочки, которая стала продуцировать инсулин. Сегодня возможно получение таким образом соматостатина, СТГ, брадикинина и других биологически активных веществ.

2. Генотерапия – получение лечебного эффекта с помощью введения в организм чужеродных генов. Клинические испытания по доставке функционально активных молекул ДНК в клетки человека были начаты в 1990 г. и касались таких заболеваний, как гемофилия, серповидно-клеточная анемия, различные ферментопатии. В настоящее время допускается лечение не только моногенных заболеваний, но и мультифакториальных (диабет, атеросклероз, онкологические и психические заболевания).

В зависимости от способа введения экзогенной ДНК в геном пациента генная терапия может проводиться либо в культуре клеток (ex vivo), либо непосредственно в организме (in vivo).

Клеточная генная терапия ex vivo предполагает:

· выделение и культивирование специфических типов клеток (например, опухолевых);

· введение в них чужеродных генов;

· отбор клеток с рекомбинантными молекулами ДНК;

· трансплантацию этих клеток тому же пациенту.

Генная терапия in vivo основана на прямом введении клонированных и упакованных последовательностей ДНК в ткани больного.

 

 

О Н Т О Г Е Н Е З

 

ЭМБРИОНАЛЬНЫЙ ПЕРИОД

Онтогенез – это полный цикл индивидуального развития каждой особи, начиная с момента образования гамет, давших ей начало, и заканчивая ее смертью.

Онтогенез можно также рассматривать как процесс развертывания наследственной информации, полученной от родителей, который происходит в определенных условиях окружающей среды.

Онтогенез подразделяют на три периода:

Предэмбриональный (прогенез).

Эмбриональный.

Постэмбриональный.

Предэмбриональный период

соответствует гаметогенезу - процессу образования половых клеток.

 

Эмбриональный период

Эмбриональный период начинается с образования зиготы и заканчивается выходом развивающегося организма из яйцевых или зародышевых оболочек или рождением. По отношению к млекопитающим и человеку этот период называют антенатальным. Развивающийся организм в эмбриональный период питается за счет питательных веществ, накопленных яйцеклеткой, или за счет материнского организма.

Эмбриональный период принято делить на следующие стадии:

Зигота.

Дробление.

Гаструляция.

Гисто- и органогенез.

2. Дробление – ряд последовательных делений зиготы, заканчивающихся образованием многоклеточного однослойного зародыша - бластулы. Клетки,… У различных видов животных дробление происходит по-разному. Характер дробления…

Классификация яйцеклеток

А. По количеству желтка яйцеклетки подразделяются на:

· Алецитальные (млекопитающие, в том числе и человек) – практически лишены желтка.

· Олиголецитальные (ланцетник) – содержат небольшое количество желтка.

· Мезолецитальные (амфибии и некоторые рыбы) – содержат среднее количество желтка.

· Полилецитальные (пресмыкающиеся и птицы) – содержат много желтка.

Б. По распределению желтка различают яйцеклетки:

· Изолецитальные (ланцетник, черви) – содержат небольшое количество равномерно распределенного желтка.

· Умеренно телолецитальные (амфибии) – содержат среднее количество желтка, который сосредоточен на одном полюсе клетки; на другом полюсе располагается ядро.

· Резко телолецитальные (птицы) – содержат много желтка, занимающего почти весь объем цитоплазмы.

· Центролецитальные (насекомые) – содержат много желтка, который окружает ядро толстым слоем.

 

Типы дробления и типы бластул

Полное Неполное (голобластическое) (меробластическое)                

Провизорные органы

У водных животных провизорным органом является желточный мешок, выполняющий кроветворную и питательную функции. У наземных животных: - желточный мешок (кроветворная и питательная функции);

Гетерохронность закладки органов и тканей

В эмбриогенезе зачатки различных органов и тканей закладываются неодновременно. Существует следующая закономерность: раньше закладываются зачатки тех органов, которые раньше начинают функционировать.

Примеры. У хордовых головной конец тела раньше закладывается, чем хвостовой; спинной мозг раньше головного. У человека: верхние конечности закладываются раньше, чем нижние.

 

Механизмы регуляции эмбриогенеза

Надклеточный уровень. Большое значение в управлении ходом эмбриогенеза придается организационным центрам (организаторам). Впервые их роль была… Он проводил свои опыты на зародышах тритона. В норме у зародыша тритона из… Из проведенных опытов следует, что верхняя губа бластопора направляет развитие эктодермы по пути формирования нервной…

ПОСТЭМБРИОНАЛЬНЫЙ ПЕРИОД.

РОСТ И РАЗВИТИЕ

Постэмбриональное развитие подразделяют на четыре периода: · ювенильный (с момента рождения до половой зрелости); · зрелости (репродуктивный);

Рост и развитие организма

Классификация типов роста. Существует несколько классификаций типов роста. Прежде всего, выделяют рост: · ограниченный (определенный) – характерен для организмов, растущих до… · неограниченный (неопределенный) – характерен для тех, кто растет всю жизнь (рыбы, рептилии, раки, моллюски).

Регуляция роста и развития

На процессы роста и развития оказывают влияние внешние и внутренние факторы. Внешние факторы: свет, питание, температура, вода, кислород, электромагнитное излучение, микроэлементы, сезонные явления и т.д. Они не могут изменить тип развития, но сказываются на скорости роста и развития.

Внутренние факторы: генотип, эндокринная и нервная системы (нейро-эндокринная регуляция).

Известно, что рост наследуется по типу полимерии.

Нейро-эндокринная регуляция роста и развития

В качестве примера нейро-эндокринной регуляции роста и развития рассмотрим регуляцию линьки у насекомых. Факторы внешней среды (пища, свет, температура) возбуждают нервные импульсы,… Факторы внешней среды

Продолжительность жизни.

Биологические аспекты старения

Французский ученый Жорж Бюффон обнаружил связь между продолжительностью жизни и периодом роста, а именно, продолжительность жизни в 5 – 8 раз… Примеры: собака растет 2 года – живет 10-15 лет;

Продолжительность жизни человека

Сколько должен жить человек? Разные ученые дают на этот вопрос неоднозначные ответы: от 70 до 200 лет. Если воспользоваться коэффициентом Бюффона, то продолжительность жизни человека должна быть в пределах от 100 до 160 лет.

Поскольку не существует критерия определения истинной продолжительности жизни человека, то ученые пользуются таким показателем, как средняя продолжительность жизни.

Факторы, влияющие на продолжительность жизни человека

· тип высшей нервной деятельности (дольше живут люди, имеющие сильный тип высшей нервной деятельности); · половая принадлежность (особи женского пола живут дольше мужских; средняя…

Биологические аспекты старения

Процесс старения захватывает все уровни структурной организации организма – молекулярный, клеточный, тканевой, органный. Результатом старения на… Существуют внешние и внутренние признаки старения. Различают старость физиологическуюи преждевременную(связанную с болезнью). Физиологическая старость – это закономерный…

Гипотезы (теории) старения

Теория М.К. Петровой (ученица И.П. Павлова). Процесс старения тесно связан с состоянием центральной нервной системы. В эксперименте с собаками автор… Теория чешского ученого Ружичка. Старение связано с изнашиванием коллоидных… Теория академика А.А. Богомольца. По его мнению, в основе старения лежит изнашивание соединительной ткани, которая…

Основные направления борьбы с преждевременным старением

· наследственность – 20%, · состояние окружающей среды – 20%, · уровень развития медицины – 10%,

РЕГЕНЕРАЦИЯ КАК ОБЩЕЕ СВОЙСТВО ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ

Регенерация –процесс восстановления живыми организмами снашиваемых или поврежденных биологических структур. Синоним – репарация.

Регенерация имеет как биологическое, так и медицинское значение.

С точки зрения биологии, регенерация носит приспособительный характер.

Любое заболевание сопровождается повреждением биологических структур, выздоровление – их регенерацией.

Классификация репаративных процессов

1. В зависимости от уровня биологической организации поврежденных структур:

· внутриклеточная регенерация;

· клеточная регенерация;

· тканевая регенерация;

· органная регенерация;

· организменная регенерация.

Внутриклеточная регенерация (увеличение числа ядер и органелл) носит универсальный характер – присуща всем клеткам (даже нервным).

2. В зависимости от фактора, вызвавшего процесс:

· физиологическая – процесс восстановления биологических структур, снашивающихся в процессе нормальной жизнедеятельности (линька у насекомых, птиц, млекопитающих; у человека: слущивание клеток эпидермиса, пищеварительного тракта, обновление клеток крови – каждую секунду погибает 4 млн. эритроцитов и столько же появляется новых);

· репаративная – процесс восстановления биологических структур, разрушенных насильственным путем.

Репаративная регенерация может протекать в разных формах и разными способами.

Формы репаративной регенерации

Например, у тритона после удаления конечности через некоторое время вырастет новая конечность. · Гетероморфоз – на месте отторгнутого органа вырастает другой. Например, у рака на месте удаленного глаза может вырасти антенна.

Способы репаративной регенерации

· Морфаллаксис – оставшаяся часть органа (культя) подвергается усиленным процессам перестройки с последующим формированием целого органа, но так… · Эндоморфоз - усиленное размножение клеток в оставшейся части органа.…

Источники регенерационного материала

1. Наличие в зрелом организме бластных (малодифференцированных) клеток.

2. Дедифференцировка клеток по схеме: специализированные клетки → малодифференцированные клетки → клетки с другой специализацией.

3. Активация специализированных клеток к размножению.

Давно замечено, что различные виды животных обладают неодинаковой способностью к восстановлению органов и тканей. От каких факторов зависит эта способность?

Факторы, определяющие репаративные способности разных видов

чем выше уровень биологической организации вида, тем хуже выражена его способность к регенерации (1-е правило регенерации Ч. Дарвина). Действительно, можно составить из отдельных видов животных ряд, иллюстрирующий падение способности к регенерации по…

Факторы, определяющие репаративные способности

Особей одного вида

· Частота повреждений в онтогенезе – чем чаще орган повреждается в ходе индивидуального развития, тем он лучше регенерирует. Например, повторная… · Физиологическое состояние организма. Если ампутировать соски молочных желез… · Характер травмы. Например, у крысят ампутированная часть концевой фаланги пальца при перпендикулярном срезе не…

Регуляция восстановительных процессов

· внутриклеточные и внутритканевые, · гормональные, · нервные,

Стимуляция репаративных процессов

Можно ли усилить репаративные способности организма? Да, можно. Сегодня известно много способов стимуляции репаративных процессов.

 

Методы стимуляции регенерации

Локального действия Общего действия на организм

- физические

- химические

- биологические

- метод протезов

Методы локального воздействия на регенерирующий орган

Химические. Используются в качестве стимуляторов химические вещества: соли, кислоты, щелочи, ферменты. Так, Л.В. Полежаев добился восстановления… гиалуронидазы (фермент, разрушающий соединительную ткань) и пирогенала… Биологические. В качестве стимуляторов используют биологические ткани: стекловидное тело, ткани эмбриона,…

Методы общего воздействия на организм

  эндокринных желез также ускоряют репаративные процессы. Большое влияние на… Одним из направлений научных исследований сотрудников кафедры биологии ИвГМА является "Изучение особенностей…

Понятие о гомеостазе. Общие закономерности регуляции гомеостаза в живых организмах

Гомеостаз – постоянство внутренней среды живых организмов, которое они поддерживают несмотря на изменение условий окружающей среды. Гомеостаз в живом организме проявляется в относительном постоянстве таких… Необходимость гомеостаза объясняется тем, что все биохимические реакции могут протекать в строго определенных условиях…

Кибернетические основы регуляции гомеостаза

Кибернетика –наука, устанавливающая общие принципы управления саморегулирующимися системами. Живые организмы также являются саморегулирующимися системами, и поэтому к ним применимы все кибернетические понятия и принципы регуляции.

Обратная связь

Блок-схема кибернетической системы.

 

В основе работы кибернетической системы лежит процесс передачи и обработки информации. В работу системы постоянно вносятся коррективы, характер которых зависит от тех отклонений, которые наблюдаются на входе. Для живых организмов входными сигналами служат пища, вода, свет, звук, температура. Выходные сигналы – реакция органа или ткани, выделение секрета и т.д. Важным элементом кибернетической системы является обратная связь – влияние выходного сигнала на блок управления. Различают отрицательную и положительную обратную связь.

Отрицательная обратная связь – направлена на восстановление исходного состояния кибернетической системы, в случае ее отклонения от нормы.

Пример: работа термостата.

Положительная обратная связь – направлена на усиление возникшего отклонения кибернетической системы от исходного состояния.

Пример: кровотечение из крупного сосуда, рост организма в онтогенезе.

 

Отличительные особенности нервной и гуморальной регуляции гомеостаза

Нервная регуляция:

– высокая скорость наступления ответной реакции;

– реакция кратковременная;

– реакция носит локальный характер.

Гуморальная регуляция

– реакция наступает медленно; – реакция длительна; – реакция носит разлитой характер.

Снижение тироксина в крови

гипофиз

 

усиление выработки тиреотропного гормона

 

усиление функции щитовидной железы

 

увеличение содержания тироксина

 

Регуляция осмотического давления плазмы крови:

Повышение потребления воды

снижение осмотического давления плазмы   задняя доля гипофиза

Биологические ритмы

Все живые организмы наряду с пространственной организацией имеют временную характеристику. Деятельность всех систем организма представлена в виде… Ритмичность протекания процессов жизнедеятельности в живых организмах –… Наука, занимающаяся изучением биоритмов, называется хронобиология.

Адаптивные биоритмы

Подразделяются на:

· суточные;

· лунные;

· годичные (сезонные);

· приливно-отливные;

· солнечные.

 

Суточные биоритмы

Примеры циркадных ритмов: – температура тела: максимальная – в 18 часов, минимальная – в 1-5 часов… – артериальное давление: максимальное – днем, минимальное – ночью;

Лунные биоритмы

 

Годичные (сезонные) ритмы

У человека колеблются в течение года: – теплоотдача с поверхности тела: зимой снижается, летом повышается; – энергообмен: зимой – выше, летом – ниже;

Приливно-отливные ритмы

Солнечные ритмы

– продолжительность периода – 11,1 года; – продолжительность периода – 80-90 лет; – продолжительность периода – 600-800 лет.

Регуляция биоритмов

В регуляции околосуточных и годичных ритмов ведущая роль принадлежит эпифизу. Он вырабатывает гормон мелатонин, который оказывает влияние как на другие эндокринные железы, так и на структуры мозга.

Медицинское значение хронобиологии

2. Время суток и дни месяца надо учитывать при проведении плановых операций, т.к. длительность кровотечения разная. 3. Циркадные ритмы следует учитывать при направлении больных на… 4. Сезонные ритмы принимаются во внимание при лечении хронических больных: весной и осенью необходимо проводить…

Э В О Л Ю Ц И ОН Н О Е У Ч Е Н И Е

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ ЭВОЛЮЦИОННОМ ПРОЦЕССЕ. УЧЕНИЕ О МИКРОЭВОЛЮЦИИ. ОСОБЕННОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЭВОЛЮЦИОННЫХ ФАКТОРОВ В ЧЕЛОВЕЧЕСКИХ ПОПУЛЯЦИЯХ

ЗАКОНОМЕРНОСТИ МАКРОЭВОЛЮЦИИ

Понятием макроэволюция обозначают происхождение надвидовых таксонов (рода, семейства, отряда, класса, типа). В самом широком смысле макроэволюцией… - эволюции групп организмов; - эволюции онтогенеза;

Эволюция групп организмов

1. Направления эволюции: - аллогенез; - арогенез.

А) первичные б) вторичные

Филетическая дивергентная параллелизм конвергенция

Эволюция эволюция

Филетическая эволюция – это изменения, происходящие в одном филогенетическом стволе, эволюционирующем во времени. Без таких изменений не может… эогиппус миогиппус парагиппус плиогиппус

Современная лошадь.

Конвергенция – процесс формирования сходного фенотипического облика у неродственных групп организмов. Она возникает тогда, когда какие-то группы… Параллелизм – процесс формирования сходного фенотипического облика у…  

Эволюция онтогенеза

 

Основные тенденции, проявляющиеся в ходе эволюции онтогенеза, – это целостность, эмбрионизация и автономизация.

Целостность онтогенеза

Наличие функциональной и структурной взаимозависимости между структурами развивающегося организма, при которой изменения в одних органах приводят к… Различают следующие виды корреляций: геномные, морфогенетические и… Геномные корреляции обусловлены плейотропным действием генов, взаимодействием или сцеплением генов. Примеры: развитие…

Эмбрионизация онтогенеза

Эмбрионизация онтогенеза – это возникновение в процессе эволюции способности к прохождению части стадий развития под защитой материнского организма…   Автономизация онтогенеза

Соотношение онтогенеза и филогенеза

Впервые взаимосвязь онтогенеза и филогенеза раскрыл К. Бэр в ряде положений, которым Ч. Дарвин дал обобщенное название «закона зародышевого… Процесс повторения многих черт строения предковых форм в эмбриогенезе потомков… Однако в онтогенезе не всегда наблюдается строгая последовательность повторения этапов филогенеза. Так, зародыш…

Эволюция органов и функций

· полифункциональность органа; · способность к количественным изменениям функций. Способы преобразования органов и функций:

Эволюционный прогресс

Прогресс – это не просто новое, а лучшее. Проблема эволюционного прогресса – одна из наиболее сложных в эволюционной теории. Ч. Дарвин, установив… А.Н.Северцов выделил два вида эволюционного прогресса: морфофизиологический и… Наряду с морфофизиологическим прогрессом выделяют морфофизиологический регресс (общая дегенерация) – упрощение…

Э К О Л О ГИ Я

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ ЭКОЛОГИИ Экология – наука, изучающая исторически сложившиеся взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой.

Предметом изучения экологии являются биологические макросистемы (популяции, биоценозы, экосистемы), исследование их динамики во времени и пространстве.

Задачи экологии:

- исследование закономерностей взаимоотношений различных организмов (популяций, видов и др.) с факторами внешней среды и их влияния на среду обитания;

- изучение взаимоотношений популяций разных видов в сообществе;

- разработка научных основ рационального использования человеком природных ресурсов;

- прогноз изменений окружающей среды под влиянием деятельности человека;

- разработка и внедрение мероприятий по охране окружающей среды.

 

Основные разделы экологии

Эндоэкология – изучает взаимоотношения между макроорганизмами и их симбионтами (биоценоз ротовой полости, кишечника).

Экзоэкология – изучает взаимоотношения организма с окружающей средой. Она подразделяется на:

- аутэкологию – изучает взаимодействие одной особи со средой;

- демэкологию, или популяционную экологию – изучает взаимодействие популяций со средой;

- специоэкологию – изучает взаимодействие видов со средой;

- синэкологию, или биоценологию – изучает взаимоотношения организмов в сложных сообществах;

- биогеоценологию – изучает взаимоотношения экосистем;

- биосферологию – изучает основные закономерности существования биосферы;

- экосферологию – глобальная экология;

- экологию человека – изучает взаимоотношения человека с окружающей средой.

Классификация экологических факторов

Все экологические факторы подразделяют на три группы: абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические – факторы неживой природы, которые могут быть:

· климатическими (температура, освещенность, влажность);

· орографическими (факторы рельефа местности);

· геологическими;

· эдафическими (почвенные).

Биотические – факторы живой природы, или разнообразные типы взаимоотношений живых организмов между собой.

Антропогенные – влияние человека на окружающую среду в результате хозяйственной деятельности.

Биотические факторы

Конкуренция – может возникать между особями одного вида за пищу, территорию, между половыми партнерами или особями разных видов, если они… Паразитизм (происходит от греч. parasitos – тунеядец) – форма межвидовых… Хищничество – форма взаимоотношений, при которой особи одних видов преследуют, убивают и поедают особей других видов.…

ПАРАЗИТИЗМ

Паразитология – наука, которая изучает морфологию, биологию и экологию паразитов, вызываемые ими заболевания и разрабатывает меры борьбы с… Одним из разделов паразитологии является медицинская паразитология – наука,… Паразитарное заболевание (инвазия) – это заболевание, возбудителем которого является паразит – представитель царства…

Классификация паразитов

Существуют зоологическая и экологические классификации паразитов.

Зоологическая классификация устанавливает принадлежность паразита к определенным систематическим категориям: типу, классу, отряду, семейству, роду.

Экологические классификации основаны на особенностях образа жизни паразита.

А. По выбору хозяина:

· специфические паразиты – паразитируют только на одном виде животных (острица, карликовый цепень, вошь);

· неспецифические паразиты – паразитируют на разных видах животных (комары, широкий лентец, трихинелла).

Б. По локализации паразита в организме хозяина:

· эктопаразиты – паразитируют на внешних покровах хозяина (кровососущие членистоногие );

· эндопаразиты – средой обитания является организм хозяина:

а) в полостных органах, связанных с внешней средой (пищеварительная, дыхательная и мочеполовая системы) – аскарида, легочный сосальщик;

б) в тканях (опорно-двигательный аппарат, подкожножировая клетчатка) – ришта, трихинелла;

в) внутриклеточные (малярийный плазмодий);

· переходные формы. Например, в роговом слое эпидермиса паразитирует чесоточный зудень, который дышит атмосферным кислородом.

В. По степени связи цикла развития паразита с организмом хозяина:

· постоянные паразиты – весь цикл развития проходит в организме одного хозяина (трихомонада, чесоточный зудень, вши);

· временные паразиты – лишь часть цикла развития проходит в организме хозяина (кровососущие насекомые, черви).

Г. По числу хозяев, закономерно сменяющихся в цикле развития:

· однохозяинные паразиты;

· двуххозяинные паразиты;

· треххозяинные паразиты;

· многохозяинные паразиты.

Хозяин – это живой организм, использующийся паразитом как источник питания и место обитания.

Классификация хозяев

Хозяева подразделяются на окончательных, промежуточных и резервуарных.

Окончательные (основные, дефинитивные) – хозяева, в организме которых паразит находится в половозрелой стадии или размножается половым способом (малярийный комар для малярийного плазмодия, человек для половозрелого свиного цепня).

Промежуточные – хозяева, в организме которых паразит находится в личиночной стадии или размножается бесполым способам (человек для малярийного плазмодия; свиньи, кабаны для свиного цепня).

Резервуарные – хозяева, не являющиеся обязательными в жизненном цикле паразита, но попав в организм которых, паразит не погибает, хотя и не получает дальнейшего развития. В резервуарном хозяине происходит накопление паразитов. При поедании резервуарного хозяина окончательным хозяином паразит завершает свое развитие в его организме. Например, в кишечнике человека может паразитировать лентец широкий. Человек для него является окончательным хозяином. В цикле развития присутствуют два промежуточных хозяина: первым является рачок циклоп, вторым – многие виды рыб. Но нехищную рыбу может съесть хищная, например, щука. Личинки гельминта при этом не погибают, а накапливаются в мышцах щуки, и она становится резервуарным хозяином.

Таким образом, организм хозяина является своеобразной средой обитания для паразита. Учение об организме хозяина как среде обитания паразита наиболее полно разработано академиком Е.Н. Павловским. Совокупность всех организмов, одновременно обитающих в каком–либо организме, называется паразитоценозом.

Адаптации к паразитизму

Переход к паразитическому образу жизни сопровождается появлением у паразитов ряда адаптаций, облегчающих их существование, развитие и размножение в… Форма тела: а) уплощенная (вошь, блоха); общей чертой самых различных эктопаразитов является сплющивание тела в дорзо-вентральном…

Взаимоотношения между хозяином и паразитом

Рассматривая сочетание «паразит – хозяин», важно помнить, что каждый член этой пары, с одной стороны, воздействует на своего партнера, а с другой…   Воздействие паразитов на хозяина

Происхождение паразитизма

1. Большая часть эктопаразитов происходит из хищников. Особенно много примеров постепенного перехода к паразитизму наблюдается среди членистоногих.… 2. Следующий тип перехода к паразитизму от свободного образа жизни мог… 3. Третий путь возникновения эктопаразитизма берет свое начало от сидячего образа жизни. Такого происхождения,…

ЭПИДЕМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

 

Процесс возникновения и распространения инфекционных и паразитарных болезней среди людей называют эпидемическим процессом.

Для возникновения эпидемий или отдельного заболевания недостаточно наличия только источника возбудителей болезни. Необходимо также, чтобы…  

Способы передачи возбудителя

2. Перкутанный – активное проникновение возбудителя через неповрежденные кожные покровы. 3. Трансмиссивный– в передаче возбудителя участвует переносчик. Заболевания,…

Классификация переносчиков

Переносчики по отношению к возбудителям подразделяются на две группы: специфические и механические.

Специфическими являются те переносчики, в организме которых возбудитель проходит какую-то часть своего цикла развития или размножается, но не отмирает. Например, малярийные плазмодии в малярийном комаре проходят половое размножение; лейшмании в москитах проходят жгутиковую, или лептомонадную, стадию развития; в организме блох размножаются возбудители чумы; в организме вшей – возбудители эпидемического сыпного тифа.

Механическими называются переносчики, в организме которых возбудитель не размножается, а постепенно отмирает. Долго сохраняться возбудитель в механическом переносчике не может (механическими переносчиками по отношению к кишечным инфекциям и инвазиям могут быть комнатные мухи; механическими переносчиками сибирской язвы и туляремии могут быть слепни и некоторые другие кровососы).

Передача возбудителя переносчиком своему хозяину может осуществляться разными механизмами. Выделяют два основных:

· Инокуляция (через укус) – переносчик нарушает целостность кожных покровов хозяина, вводит возбудителя в ранку (малярийный комар прокалывает кожу, возбудитель малярии, находящийся в слюнных железах комара, со слюной через хоботок попадает в кровь человека; через прокол вводят возбудителя туляремии кровососущие мухи, слепни, комары, блохи, клещи).

· Контаминация – возбудитель попадает через загрязнение кожных или других покровов.

 

Гонотрофический цикл и гонотрофическая гармония

Большинство переносчиков представлено кровососущими членистоногими (насекомыми и клещами). Кровососание характерно для самок, которые выпивают… Соответствие между количеством выпитой крови и количеством созревших и… · поиск хозяина и кровососание;

Трансовариальная и трансфазовая передача возбудителя

У видов, которым свойственна трансовариальная передача возбудителя потомству, существует обычно и трансфазовая, то есть передача возбудителя от…  

Учение о природной очаговости зооантропонозов

Основная заслуга в создании учения о природной очаговости принадлежит академику Е.Н. Павловскому.Природно-очаговыми заболеваниями называются… Очаг - это циркуляция возбудителя того или иного заболевания на определенной… Природные очаги трансмиссивных заболеваний включают три компонента:

Классификация природных очагов

Основу составляют элементарные природные очаги. Они могут быть первичными и вторичными.

Элементарный природный очаг

Первичный вторичный

Антропургический естественный

Внутрисельный непоселковый

Постоянный временный ложный

Вторичные очаги – это очаги, возникшие на новых территориях, где ранее их не было. Они существуют меньший срок по сравнению с первичными. Образование вторичных очагов может происходить разными путями. 1. Вторичный естественный очаг возникает в природе естественным путем без вмешательства человека в результате…

Природная очаговость нетрансмиссивных болезней

В природе независимо от человека циркулируют возбудители ряда других зооантропонозов, передающихся от одного организма к другому нетрансмиссивным… - возбудитель; - промежуточные хозяева возбудителя;

Профилактика паразитарных заболеваний

Профилактические мероприятия можно подразделить на три группы: - направленные на обезвреживание или устранение источника инвазии; - проводимые с целью разрыва путей передачи;

Профилактические мероприятия, направленные на второе звено

Поскольку передача заразного начала от больного к здоровому человеку происходит через внешнюю среду с помощью различных факторов (вода, пища,…   Меры по пресечению передачи возбудителей сводятся к:

Общие принципы борьбы с природно-очаговыми заболеваниями

Проведение мероприятий по борьбе с природно-очаговыми болезнями в каждом отдельном случае должно исходить из анализа конкретной экологической… хозяин (донор) переносчик хозяин (реципиент). Можно выделить два направления:

ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ

1. Закон оптимума: Каждый фактор имеет строго определенные пределы положительного воздействия на живой организм. Благоприятная сила воздействия фактора называется зоной оптимума.… Виды различаются между собой значениями экологической валентности и положением зоны оптимума. Примеры:

Ответные реакции организма на действие факторов среды носят индивидуальный, половой и возрастной характер.

Личинки комаров развиваются в воде, а взрослые особи обитают в воздухе. Икра лососей может развиваться только при температуре от 0о до +12о, а… В медицине при назначении дозы лекарственного препарата всегда учитывается возраст больного. Мужчины имеют более…

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИХ СУЩЕСТВОВАНИЯ

Все организмы и факторы среды на Земле в конечном счете находятся в тесной или отдаленной связи между собой. Но так как земная поверхность… Совокупность совместно обитающих организмов разных видов и условий их… В 1942 году Владимир Николаевич Сукачев предложил термин биогеоценоз.

Абиотические факторы среды.

3. Консументы – гетеротрофные организмы (животные). 4. Редуценты –доводят распад использованной или отмершей биомассы до простых… Таким образом, продуценты, консументы и редуценты объединены переносом энергии и веществ и представляют определенные…

Закономерности существования экологических систем

абиотические факторы биомасса растений тело травоядного животного

ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА

Экология человека – наука о взаимоотношениях человека с окружающей средой. Предметом изучения экологии человека являются антропоэкосистемы – экосистемы,…

Особенности человека как объекта экологического воздействия

· Действие экологических факторов на человека всегда в большей или меньшей степени видоизменено (опосредовано) в связи с использованием одежды,… · Человек приспосабливается к действию экологических факторов не только…

Особенности человека как экологического фактора

· Антропогенный фактор по силе, интенсивности и глобальности воздействия в настоящее время не имеет равных в природе. Люди расширили круг доступных… · Человек создает искусственные среды обитания, может длительное время… Сегодня окружающая человека среда практически представляет собой искусственные, созданные человеком экосистемы или…

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

 

Люди являются космополитами и приспосабливаются к различным условиям среды. Адаптации могут быть неспецифическими и специфическими. Неспецифические адаптации проявляются в общем повышении иммунных свойств и усилении устойчивости к неблагоприятным условиям. Специфические направлены на адаптацию к определенным климатическим условиям среды. Поэтому на популяционно-видовом уровне формируются адаптивные типы людей.

Под адаптивным типом понимают комплекс морфофизиологических, биохимических и иммунологических признаков и реакций, конвергентно возникающих в различных популяциях, находящихся в сходных условиях обитания.

Эти признаки не зависят от расовой и этнической принадлежности. К примеру, на Севере живут представители европеоидной и монголоидной рас, которые имеют одинаковый арктический адаптивный тип. Расы сформировались на заре человечества, а адаптивные типы сопровождают всю историю развития человека.

Выделяют пять основных адаптивных типов.

Арктический.

Тропический.

Зоны умеренного климата.

Высокогорный.

Пустынный.

Морфофизиологические признаки: увеличение массы тела (лучшее сбережение тепла), хорошее развитие подкожно-жировой клетчатки (теплоизоляция), низкий… Биохимические признаки: повышенное содержание гемоглобина и эритроцитов в… Иммунологические признаки: снижение содержания лейкоцитов крови.

Последовательность появления адаптивных типов

Первым сформировался тропический адаптивный тип (прародина человечества – Африка), затем по мере расселения людей по планете – адаптивный тип умеренного пояса и высокогорный, а последними появляются арктический и пустынный (80000-12000 лет назад). Адаптивные типы человека не являются узко специализированными, они благоприятствуют существованию людей в определенных климатических зонах.

Медицинское значение адаптивных типов

1. Врач должен учитывать морфофизиологические и биохимические особенности адаптивных типов, чтобы не принять их за отклонения от нормы.

2. Представители различных адаптивных типов могут иметь неодинаковую предрасположенность к различным заболеваниям.

3. Следует учитывать адаптивный тип при снаряжении экспедиций в Арктику, пустынные и высокогорные районы.

УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ

Понятие биосферы было сформулировано в начале XIX века Ж.Б. Ламарком без употребления самого термина. Термин «биосфера» введен австрийским геологом… Биосфера – часть оболочек Земли (атмосферы, гидросферы и литосферы),…

Границы биосферы

В гидросфере они заселяют всю ее толщу, в некоторых местах проникая на глубину свыше 11 км. В атмосфере живые организмы (споры бактерий и плесневых грибов) встречаются в…

Концепции в изучении биосферы

Биохимическая и биогеохимическая концепциисвязаны со сложными преобразованиями веществ в живых организмах за счет химической энергии, запасенной в… Геофизическая концепция заключается в том, что живые организмы, с одной… Биогеоценотическая концепция связана с тем, что элементарной структурой биосферы является биогеоценоз, включающий…

Состав биосферы

· Живое вещество – совокупность всех живых организмов, населяющих нашу планету. · Косное вещество – в образовании которого живые организмы не принимали… · Биогенное вещество – образующееся в результате жизнедеятельности организмов (твердые: каменный уголь и породы…

Функции живого вещества в биосфере

· Кислород выделяется растениями, используется для дыхания животными, а образующийся углекислый газ вновь принимает участие в процессах… · Атмосферный азот усваивается азотфиксирующими бактериями, включается в цепи… 2. Концентрационная функция проявляется в извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов из…

Геологический и биологический круговороты

С появлением живого вещества на основе геологического круговорота возник круговорот органического вещества – малый (биотический, или биологический)… Биотический круговорот веществ – непрерывный, циклический, неравномерный во… По мере развития живой материи из геологического круговорота постоянно извлекается все больше элементов, которые…

ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО

­ ¯

ПОЧВА

 

Эволюция биосферы

1. Возникновение и развитие жизни в воде. Этап связан с существованием водных экосистем. Кислород в атмосфере отсутствовал. 2. Выход живых организмов на сушу, освоение наземно-воздушной среды и почвы и… 3. Появление человека, превращение его в биосоциальное существо и возникновение антропоэкосистем произошло 1 млн. лет…

Ноосфера

ноосфера (сфера разума) – стадия развития биосферы, когда разумная деятельность людей станет главным, определяющим фактором ее устойчивого… Ноосфера – новая, высшая стадия биосферы, связанная с возникновением и… Науку управления взаимоотношениями между человеческим обществом и природой называют ноогеникой.

БИОСФЕРА И ЧЕЛОВЕК

Природные ресурсы – природные объекты и явления, которые человек использует в процессе труда. Они обеспечивают человеку пищу, одежду, жилище. По… Неисчерпаемые ресурсы включают водные, климатические (атмосферный воздух и… Удовлетворение человеческих потребностей немыслимо без эксплуатации природных ресурсов.

Изменение состава биосферы, круговорота и баланса составляющих ее веществ.

Ежегодно выбрасывается в атмосферу около 20 млрд. тонн углекислого газа, 200 млн. тонн окиси углерода, 53 млн. тонн оксида азота, 250 млн. тонн… · Водные изменения. Идет истощение вод суши. Потребление воды крупными… Прибрежные и поверхностные воды Мирового океана загрязнены нефтепродуктами, ядохимикатами, тяжелыми металлами и…

Изменение энергетического и теплового баланса биосферы.

Человечеством ежегодно сжигается около 100 млрд. тонн условного топлива, в начале XXI века количество сжигаемого топлива возрастет в два раза, что приведет к изменению теплового баланса биосферы.

Изменение флоры и фауны планеты.

· нарушается целостность растительного покрова, · вырубаются леса, · ухудшается состояние пастбищ,

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

Неограниченное использование природных ресурсов и свободное удаление отходов в окружающую среду привело к тому, что во многих странах практически не… Прогнозы ведущих экологов говорят о том, что при таких темпах антропогенного…

Парниковый эффект

Естественный парниковый эффект создает прирост средней температуры Земли на 30° С. Это значит, что если бы парникового эффекта не было, то средняя… Различия температуры на полюсах и экваторе – основная движущая сила циркуляции…

Разрушение озонового экрана

Озон (О3), содержащий три молекулы кислорода, является сильнейшим окислителем, в околоземном пространстве его молекулы живут недолго, быстро… В 1985 году спутниковые наблюдения обнаружили «дыру» в озоновом экране над… Основными загрязнителями, разрушающими озоновый экран, являются синтезируемые людьми соединения – фторхлоруглеводороды…

Кислотные дожди

Кислотные осадки (их рН иногда достигает 2,5) губительно действуют на организмы, технические сооружения, произведения искусства. Твердо установлено,…  

Снабжение населения Земли пресной водой

Моря и океаны занимают около 71% поверхности земного шара, но их соленые воды используются людьми очень мало. А получение пресной воды за счет… Самым дефицитным полезным ископаемым XXI века, по прогнозам ученых, будет не… В сельском хозяйстве вода используется в огромных количествах – 70% от всего водопотребления.

Проблема обеспечения населения продуктами питания

Большой урон сельскохозяйственным землям наносят процессы опустынивания. В условиях жаркого и засушливого климата уничтожается растительный покров,… Наряду с абсолютным сокращением площади сельскохозяйственных земель происходит… Считается, что если на одного человека в год собирать 1 тонну зерна, проблемы голода не будет. Шестимиллиардному…

Международные и российские программы по изучению и рациональному использованию ресурсов биосферы

· Всемирная программа исследования климата под руководством Всемирной метеорологической организации. Цель – прогнозирование климатических изменений… · Международная программа по геосфере и биосфере «Глобел Чендж» (GLOBAL… Вопросы состояния окружающей среды и её улучшения находятся под контролем специализированных учреждений ООН: по…

Статья 58

На территории Российской федерации действует также Закон об охране окружающей природной среды, принятый 19 декабря 1991 года. В нем сказано, что… В Федеральном законе об особо охраняемых территориях (14 марта 1995 года) идет… Федеральный закон об экологической экспертизе (23 ноября 1995 года) регулирует отношения в области государственной и…

Принципы и правила охраны природы

1. Все явления природы имеют для человека множественное значение и должны оцениваться с разных точек зрения. К каждому явлению необходимо подходить… Так, лес рассматривается прежде всего как источник древесины и химического… Река не может служить только транспортной магистралью или местом для сооружения гидроэлектростанций. Нельзя…

Охрана атмосферы

2. Создание и внедрение безотходных технологий, при которых полностью исключаются выбросы отходов в окружающую среду. 3. Разработка и внедрение в практику приемов, уменьшающих загрязнение… 4. Озеленение городов и промышленных центров.

Охрана водных ресурсов

· надежная гидроизоляция дна и стенок каналов; · использование дождевальных установок, в них расход воды в 5-6 раз меньше,… · подведение воды непосредственно к корневой системе плодовых деревьев.

Охрана почвенных ресурсов

Деятельность человека может привести к процессу эрозии почвы – размыванию и выносу плодородного слоя водой или ветром. Для борьбы с эрозией требуется:

а) правильное размещение и чередование севооборотов, полезащитных лесонасаждений;

б) укрепление склонов оврагов;

в) регулирование выпаса скота.

Использование и охрана недр

Большинство полезных ископаемых относится к невозобновимым природным ресурсам, и их запас уменьшается по мере использования. Охрана недр включает в себя: · полное использование разрабатываемых месторождений;

Охрана лесов

· Повышение продуктивности лесов (лесопосадки).

· Защита от пожаров и вредителей.

· Охрана ценных и редких видов растений (состоит в рациональном, нормированном сборе, исключающем их истощение).

Охрана животных

  Система охраны диких животных складывается из мер: · по охране самих животных от прямого истребления, гибели от стихийных бедствий;