3274

умственной и физической деятельности, что полностью восстанавливает работоспособность человека.

ОСНОВНЫЕ ТЕЗИСЫ РАЗДЕЛОВ ПО ДИСЦИПЛИНЕ БИОЛОГИЯ,

ОТВОДИМЫХ НА САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ

Дыхание, гликолиз, брожение.

Дыхание. Большинство животных и растительных клеток в норме находятся в аэробных условиях и всю энергию получают в результате полного окисления органического «топлива» до углекислого газа и воды. Это происходит в результате окисления пирувата, образовавшегося в процессе гликолиза, до ацетил-КоА, который окончательно окисляется до СО2 и Н2О в цикле Кребса (цикле трикарбоновых кислот), происходящем в матриксе митохондрий. В результате аэробного (кислородного) окисления одной молекулы глюкозы синтезируется 38 молекул АТФ.

Гликолиз. Это сложный ферментативный процесс последовательных превращений глюкозы, протекающий в тканях человека и животных без потребления кислорода. В анаэробных условиях в животном организме гликолиз является единственным процессом, поставляющим энергию.

Именно благодаря процессу гликолиза организм человека и животных определенный период времени может осуществлять ряд физиологический функций в условиях недостатка кислорода. Конечным продуктом гликолиза является молочная кислота (ее соли называются лактатами). В процессе гликолиза, происходящего в цитоплазме клетки, образуется АТФ. Суммарное уравнение гликолиза можно изобразить следующим образом:

Обращаем внимание на следующий факт: в суммарном уравнении гликолиза указан общий полезный выход АТФ – на самом деле образуются 4

молекулы АТФ, но 2 молекулы АТФ тратятся на расщепление новой молекулы глюкозы.

11

В тех случаях, когда гликолиз протекает в присутствии кислорода,

говорят об аэробном гликолизе. В этом случае распад глюкозы до промежуточного продукта анаэробного гликолиза – пировиноградной кислоты – можно рассматривать как первую стадию дыхания – окисления глюкозы до конечных продуктов: углекислого газа и воды.

Брожение. Это анаэробный ферментативный окислительно-

восстановительный процесс превращения органического вещества, в

результате которого организм получает энергию. Брожению могут подвергаться спирты, аминокислоты, органические кислоты, но чаще всего углеводы. В зависимости от вещества, подвергающегося брожению, и

полученных конечных продуктов, выделяют следующие типы брожения:

спиртовое, молочнокислое, пировиноградное, маслянокислое. По названиям брожения получили названия и бактерии, которые вызывают соответствующий процесс. Брожение играет важную роль в круговороте веществ в природе, осуществляя анаэробное разложение органического вещества, особенно целлюлозы. Некоторые типы брожения, вызываемые микроорганизмами, имеют большое практическое значение: спиртовое брожение – в виноделии, пивоварении и в получении топлива;

молочнокислое – для получения кисломолочных продуктов и молочной кислоты; пропионовокислое – в сыроделии; ацетонобутиловое – для получения растворителей.

Прикладные направления генетики: сохранение генофонда, генная

инженерия, селекция.

Генетика (от греч. génesis — происхождение) — наука о законах наследственности и изменчивости организмов. Важнейшая задача Г. —

разработка методов управления наследственностью и наследственной изменчивостью для получения нужных человеку форм организмов или в целях управления их индивидуальным развитием.

12

Прикладная генетика разрабатывает рекомендации для применения генетических знаний в селекции, генной инженерии и других разделах биотехнологии, в деле охраны природы. Идеи и методы генетики находят применение во всех областях человеческой деятельности, связанной с живыми организмами. Они имеют большое значение для решения проблем медицины, сельского хозяйства, микробиологической промышленности.

Принципы и методы изучения нуклеиновых кислот.

Секвенирование ДНК и РНК.

К основным методам изучения нуклеиновых кислот относят центрифугирование, метод ПЦР (полимеразная цепная реакция) и метод

гибридизации.

Секвенирование нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) – определение их нуклеотидной последовательности (от лат. sequentum – последовательность).

В результате секвенирования получают формальное описание первичной структуры линейной макромолекулы в виде последовательности мономеров в текстовом виде. Размеры секвенируемых участков ДНК обычно не превышают 100 пар нуклеотидов (next-generation sequencing) и 1000 пар нуклеотидов при секвенировании по Сенгеру. В результате секвенирования перекрывающихся участков ДНК, получают последовательности участков генов, целых генов, тотальной мРНК и даже полных геномов организмов.

Для секвенирования применяют методы Эдмана, Сэнгера и другие; в

настоящее время для секвенирования генов обычно применяют метод Сэнгера с дидезоксинуклеозидтрифосфатами (ddNTP). Обычно до начала секвенирования производят амплификацию участка ДНК,

последовательность которого требуется определить, при помощи ПЦР.

Секвенирование полного генома обычно осуществляют при помощи технологий Next-generation sequencing.

13

Онтогенез растений.

Онтогенез (от греч. οντογένεση: ον – существо + γένεση –

происхождение, рождение) – индивидуальное развитие организма,

совокупность последовательных морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпеваемых организмом, от оплодотворения (при половом размножении) или от момента отделения от материнской особи (при бесполом размножении) до конца жизни.

У многоклеточных животных в составе онтогенеза принято различать фазы эмбрионального (под покровом яйцевых оболочек) и

постэмбрионального (за пределами яйца) развития, а у живородящих животных пренатальный (до рождения) и постнатальный (после рождения)

онтогенез.

У семенных растений к эмбриональному развитию относят процессы развития зародыша, происходящие в семени.

Этологические механизмы животных.

Закономерности поведения животных составляют предмет особой науки

– этологии. Систему взаимоотношений между членами одной популяции называют поэтому этологической или поведенческой структурой популяции.

Поведение животных по отношению к другим членам популяции зависит прежде всего от того, одиночный или групповой образ жизни свойствен виду. Формы совместного существования особей в популяции чрезвычайно различны (одиночный образ жизни; семейный образ жизни

(стаи, стада, колонии)).

Значение вирусов для генной инженерии.

В настоящее время известно свыше 800 видов вирусов (вероятно,

миллионы видов еще не открыты). Вирусы классифицируются по носителям наследственной информации (ДНК-содержащие и РНК-содержащие) и по хозяевам (вирусы растений, вирусы грибов, вирусы животных и вирусы

14

прокариот, или бактериофаги). Биномиальная номенклатура в вирусологии не привилась, и обычно каждый вид вируса получает собственное имя.

Вирусы – возбудители многих инфекционных заболеваний растений,

животных и человека. В то же время, вирусы – возбудители заболеваний у нежелательных для человека организмов («враги наших врагов»). Вирусы широко используются как объекты молекулярно-генетических исследований.

В генной инженерии вирусы применяются для создания генетических конструкций и для переноса генетического материала.

фармацевтическая индустрии, биотехнологии.

Разработка биотехнологий синтеза микроорганизмами биологически активных веществ: белков, нуклеиновых кислот, антибиотиков, спиртов,

ферментов, а также редких неорганических соединений.

Ядовитые грибы.

Ядовитые грибы - это такие виды, которые при употреблении в пищу вызывают различные расстройства в организме человека вплоть до смертельного исхода.

Отравления ядовитыми грибами, можно разделить на несколько типов в зависимости от того, к какой группе относятся те или иные грибы,

вызывающие отравления, и какие яды в них содержатся:

1.Грибы, содержащие ядовитые циклопептиды (фаллотоксины). Это различные мухоморы, бледная поганка, галерины и некоторые мелкие виды зонтиков (лепиот).

2.Грибы, содержащие гемолитический яд монометилгидразин. К их числу относятся строчки и, видимо, другие родственные им виды из семейства гельвелловых (дисцины,лопастники).

3.Грибы, содержащие ядовитые вещества орелланин, гризмалин,

кортинарин. К их числу относятся паутинники и волоконницы.

15

4.Грибы, содержащие коприн. К их числу относятся некоторые навозники.

5.Грибы, содержащие ядовитый алкалоид мускарин. К их числу относятся представители многих родов, но прежде всего мухоморы красный

ипантерный, волоконницы, белые говорушки.

6.Грибы, содержащие иботеновую кислоту, микоатропин и мусцимол. К

их числу относятся мухоморы и, видимо, мицена чистая.

7.Грибы, вызывающие желудочные и кишечные расстройства. В этой группе много различных видов. К ним относятся шампиньон желтокожий,

многие энтоломы, ложноопенок серно-желтый и др.

8.Грибы, содержащие ядовитое вещество буфотенин. К их числу относится мухомор порфировый.

9.Грибы, вызывающие аллергические заболевания. К таким грибам относится свинушка тонкая.

Роль лишайников в природе.

Лишайники чрезвычайно широко распространены на земном шаре, они встречаются почти во всех наземных и даже некоторых водных экосистемах.

Особенно велика их роль в тундровых, лесотундровых и лесных биогеоценозах, где они составляют заметную часть растительного покрова.

Развиваясь на почве, стволах деревьев, валунах и скалах, лишайники образуют в биогеоценозах определенные растительные группировки — синузии, которые являются компонентами биогеоценозов и играют определенную роль в их жизни, динамике и круговороте веществ.

Лишайниковые синузии в силу своеобразия лишайников как организмов

(медленного роста, особого типа питания и обмена веществ, своеобразия продуктов метаболизма) обладают некоторой автономностью развития и рядом специфических черт. Так, их видовой состав беднее по сравнению с группировками цветковых растений; они относительно кратковременны

16

вследствие тесной связи с субстратом, свойства которого с течением времени

беспрерывно изменяются, и т.д.

Ивсе же, несмотря на некоторую автономность развития,

лишайниковые синузии находятся в определенных отношениях с другими компонентами биогеоценозов. Прежде всего, следует отметить, что с лишайниками связана большая группа животных. В основном это беспозвоночные, но есть и крупные позвоночные животные, поедающие лишайники. В «лишайниковых зарослях» обитает огромное количество клещей, ногохвосток, сеноедов, гусениц, листоедов, тараканов, пауков,

клопов, цикад, жужелиц и др. Всего было зарегистрировано около 300—400

видов беспозвоночных животных, жизнь которых так или иначе связана с лишайниками. В биогеоценозах лишайники вместе с некоторыми насекомыми и другими беспозвоночными животными, а также со своей микросредой образуют особые биогеосинузии. Занимая такие экологические ниши, как стволы деревьев, поверхность валунов и др. Эти биогеосинузии усложняют структуру биогеоценозов, влияют на круговорот веществ в них,

повышают эффективность использования солнечной радиации.

Используя энергию солнечных лучей, поглощая воду и минеральные соли для построения своего тела, лишайники образуют определенную фитомассу. В биогеоценозах разных типов биомасса лишайников различна.

Нередко она невелика, но в некоторых биогеоценозах, особенно в тундровых и лесных, лишайники дают значительную биомассу.

Наряду с накоплением фитомассы, в биогеоценозах идет и обратный процесс – отмирание лишайников. Вследствие старения и механического повреждения некоторые слоевища лишайников опадают на поверхность почвы. Скорость распада этих слоевищ достаточно высока, причем на первых стадиях большую роль в этом процессе играют беспозвоночные животные. В

результате разложения различные вещества, заключенные в слоевищах лишайников, попадают в почву и способствуют накоплению ряда химических элементов в верхних ее слоях и образованию почвенного гумуса.

17

Эти вещества оказывают также влияние на почвенную микрофлору и другие организмы биогеоценозов.

Одно время полагали, что специфические лишайниковые вещества нерастворимы в воде и поэтому в природных условиях их влияние на другие организмы биогеоценозов исключается. Однако исследования, проведенные в последние годы, показали, что лишайниковые кислоты все же в какой-то степени растворяются в воде. Было показано, что усниновая кислота может вымываться из лишайников и, попадая в почву, влиять на развитие почвенной микрофлоры. Лишайниковые кислоты оказывают также тормозящее действие на прорастание семян и развитие проростков травянистых и древесных растений.

Но, с другой стороны, возможно, что лишайникам в лесных биогеоценозах принадлежит и роль «защитников» деревьев. Это предположение имеет некоторые основания. Известны факты,

показывающие, что дерево, покрытое лишайниками, менее подвержено разрушительной деятельности грибов, повреждающих древесину, чем дерево без лишайников. Изучение антибиотических свойств лишайниковых веществ показало, что ряд лишайниковых кислот (физодовая, усниновая, вульпиновая и др.) действительно подавляют рост грибов – разрушителей древесины.

Лишайники принимают участие и в химическом выветривании пород.

Им нередко принадлежит роль пионеров растительности при заселении свежеобнаженных субстратов (каменистых поверхностей, щебнистого грунта, песчаных почв и т.д.) в горах, Арктике, Антарктике и других районах земного шара. Обычно первыми обнаженные субстраты заселяют бактерии,

аэрофильные водоросли, актиномицеты и грибы, подготавливающие субстрат для расселения лишайников. Лишайники в молодых местообитаниях образуют инициальные стадии растительной жизни. Бремя заселения лишайниками того или иного субстрата бывает различным, оно колеблется в небольших пределах — от 5 до 20 (40) лет.

18

Отделы зелёные и харовые водоросли как базальные группы царства

зелёные растения.

Водоросли (лат. Algae) – гетерогенная экологическая группа преимущественно фототрофных одноклеточных, колониальных или многоклеточных организмов, обитающих, как правило, в водной среде, в

систематическом отношении представляющая собой совокупность многих отделов. Вступая в симбиоз с грибами, эти организмы в ходе эволюции образовали совершенно новые организмы – лишайники.

Зелёные водоросли (лат. Chlorophyta) – группа низших растений. В

современной систематике эта группа имеет ранг отдела, включающего одноклеточные и колониальные планктонные водоросли, одноклеточные и многоклеточные формы бентосных водорослей. Здесь встречаются все морфологические типы слоевища, кроме ризоподиальных одноклеточных и крупных многоклеточных форм со сложным строением. Многие нитчатые зелѐные водоросли крепятся к субстрату только на ранних стадиях развития,

затем они становятся свободноживущими, формируя маты или шары.

Зелѐные водоросли – самый обширный на данное время отдел водорослей, по приблизительным подсчѐтам сюда входит от 13000 до 20000 видов. Все они отличаются в первую очередь чисто-зелѐным цветом своих слоевищ,

сходным с окраской высших растений и вызванным преобладанием хлорофилла над другими пигментами.

Харовые водоросли, или лучицы (лат. Charóphyceae) – единственный сохранившийся до настоящего времени класс(по другой классификации – порядок) некогда обширной группы древних растений, которые объединяют в себе признаки водорослей и высших растений. Харовые это многоклеточные прямостоячие водные организмы, состоящие из центрального стержня («стебля») с узлами, от которых отходят мутовки боковых выростов. Сосудистой системы у харовых нет, но клетки их неодинаковы: некоторые вытянутые, многоядерные, другие мелкие,

одноядерные. Рост верхушечный, как у растений. Процесс размножения

19

включает слияние неодинаковых гамет, которые образуются, в отличие от гамет всех прочих водорослей, внутри особых многоклеточных структур.

Этот признак – главное отличие харовых от зеленых водорослей, с которыми они связаны многими особенностями и даже промежуточными формами.

Недавние исследования ДНК позволяют с большим основанием предполагать, что харовые – предки наземных растений. У некоторых из них обнаружены такие же особенности митотического клеточного деления и строения жгутиков, как и у ряда наземных растений, хотя другие ближе в этом отношении к зеленым водорослям.

Морфологические особенности, экология и распространение

представителей «оболочкосеменных»: эфедры, вельвичии и гнетума.

Гнетовые, или Оболочкосеменные (лат. Gnetópsida, Chlamydospérmae)

единственный класс гнетовидных – одного из четырѐх отделов современных растений (наряду с хвойными, гинкговидными и саговниковидными),

которые образуют надотдел Голосеменные.

Три рода, относящиеся к отделу Гнетовидные, сильно отличаются друг от друга:

–Вельвичия подобна древесному пню, из верхушки которой растут два лентовидных листа;

–Гнетум внешне похож на многие двудольные древесные растения;

–Эфедра напоминает представителей рода Казуарина (Casuarina), у

которых также имеются чешуевидные листья.

Несмотря на такую разницу во внешнем виде, имеется ряд признаков, по которым гнетовидные объединены в единую группу:

– особенности ветвления собраний стробилов (так называемое

дихазиальное ветвление): главная ось этих собраний (которые можно рассматривать как аналоги соцветий) заканчиваетсястробилом, а супротивно расположенные боковые оси возрастающего порядка развиты одинаково и также заканчиваются верхушечным стробилом;

20