Лабораторный практ по КСЕ часть 2

-71-

Бактерии – это автотрофы или гетеротрофы?

Встречаются ли одноклеточные бактерии?

Встречаются ли многоклеточные бактерии?

Бактерии – это прокариоты или эукариоты?

Бактерии – это автотрофы или гетеротрофы?

Кто такие кокки?

Кто такие бациллы?

Кто такие спирохеты?

К упражнениям 3, 4, 9-14

Растения – это прокариоты или эукариоты?

Имеет ли клетка растения ядро?

Имеет ли клетка растения клеточную стенку?

Имеет ли клетка растения мембрану?

Растения – это автотрофы или гетеротрофы?

Растения – это фотосинтетики или хемосинтетики?

Зачем растениям хлорофилл?

Какого цвета хлорофилл?

Нужен ли хлорофилл в корне растения?

Все ли части растений имеют зеленую окраску?

Есть ли хлорофилл в клетках листьев?

Есть ли хлорофилл в клетках стебля?

Есть ли хлорофилл в клетках корня?

Есть ли хлорофилл в клетках плодов?

К упражнению 5

Губка – это растение или животное?

Губки – это автотрофы или гетеротрофы?

Губки – это фотосинтетики или хемосинтетики?

Губки – это прокариоты или эукариоты?

Имеет ли клетка губки ядро?

Имеет ли клетка губки клеточную стенку?

Имеет ли клетка губки хлорофилл?

К упражнению 6

Грибы - растения или животные?

Грибы – это прокариоты или эукариоты?

Грибы – это автотрофы или гетеротрофы?

Имеют ли клетки грибов ядра?

Имеют ли клетки грибов клеточную стенку?

Имеют ли клетки грибов хлорофилл?

Дрожжи – это высшие или низшие грибы? Многоклеточные они или одноклеточные?

Мукор – это высший или низший гриб? Многоклеточные это грибы или одноклеточные?

-72-

Дрожжи – это высшие или низшие грибы? Многоклеточные они или одноклеточные?

Aspergillus – это высший или низший гриб? Многоклеточные это грибы или одноклеточные?

К упражнению 7

Лишайники - растения или животные? Может быть, это грибы? Или водоросли?

Лишайники – это прокариоты или эукариоты?

Лишайники – это автотрофы или гетеротрофы?

Имеют ли клетки лишайников ядра?

Имеют ли клетки лишайников клеточную стенку?

Имеют ли клетки лишайников хлорофилл?

Дрожжи – это высшие или низшие грибы? Многоклеточные они или одноклеточные?

К упражнению 8

Имеет ли клетка одноклеточного ядро?

Имеет ли клетка одноклеточного клеточную стенку?

Имеет ли клетка одноклеточного мембрану?

Одноклеточные – это прокариоты или эукариоты?

Одноклеточные – это автотрофы или гетеротрофы?

Одноклеточные – это растения или животные?

Эвглена – это растение или животное?

Парамеция – это растение или животное?

К упражнению 15

Животные – это прокариоты или эукариоты?

Имеет ли клетка животного ядро?

Имеет ли клетка животного клеточную стенку?

Имеет ли клетка животного мембрану?

Животные – это автотрофы или гетеротрофы?

Животные – это фотосинтетики или хемосинтетики?

Животные – это аэробы или анаэробы?

-73-

Лабораторная работа № 4 Размножение

Цель работы:

Изучить способы деления клетки и способы размножения одноклеточных и многоклеточных организмов; пронаблюдать клетку на разных стадиях процесса деления.

Введение

Одним из основных отличий живого от неживого является способность всего живого к размножению, то есть присущее всему живому свойство воспроизведения себе подобных. Именно размножение обеспечивает непрерывность и преемственность жизни, то есть ее «вечность», несмотря на временность и эфемерность каждого конкретного носителя жизни. Поэтому трудно найти более фундаментальное свойство живой материи, чем размножение.

В основе всех форм размножения у всех живых существ, обладающих клеточным строением, лежит деление клетки. Основных способов размножения три: бесполое, вегетативное и половое.

При бесполом размножении организм развивается из одной клетки, не дифференцированной в половом отношении.

При вегетативном размножении начало новому организму дают многоклеточные зачатки, иногда сложно дифференцированные.

Половому размножению предшествует образование гамет - половых клеток с гаплоидным (одинарным) набором хромосом. При этом само размножение сводится к их слиянию в зиготу с диплоидным (двойным) набором хромосом. Это слияние и есть оплодотворение, сопровождающееся объединением не только цитоплазмы гамет, но и их ядер.

При этом в зиготе объединяется несущий наследственную информацию хромосомный комплекс, происходящий от обоих родителей. Возникновение полового процесса на основе более примитивного бесполого размножения явилось в эволюции прогрессивным фактором, повысившим наследственную изменчивость и, соответственно, темп эволюции. Гаметы всегда гаплоидны, то есть они всегда несут одинарный набор хромосом. Зигота всегда диплоидна, то есть обладает парным набором хромосом. Преобразование диплоидного хромосомного комплекса в гаплоидный осуществляется в результате мейоза, то есть редукционного деления, при котором происходит уменьшение количества хромосом в 2 раза.

Гаметы у разных живых существ могут быть устроены по-разному. У некоторых простейших, например, имеет место изогамия, когда две сливающиеся при оплодотворении гаметы «равноправны» по размерам, форме и статусу. У других простейших наблюдается более или менее резко выраженная анизогамия, то есть наличие различных гамет, из которых одни

— женские, или макрогаметы, крупны и богаты цитоплазмой и резервными

-74-

веществами, тогда как другие — мужские, или микрогаметы, очень мелки и подвижны. Крайняя форма анизогамии — оогамия, при которой макрогамета представлена крупной, неподвижной, богатой резервными веществами яйцевой клеткой, а микрогаметы — подвижными мелкими сперматозоидами.

Оогамия очень практична и потому свойственна всем многоклеточным животным и высшим растениям.

В любом случае развитие целого организма из одной-единственной клетки немыслимо без способности клеток в точности самовоспроизводить себя самих – митоза. Митоз – это нередукционное деление, при котором из одной клетки получается две в точности такие же (диплоидные) клетки. Митоз можно назвать «размножением отдельной клетки» - ведь именно он обеспечивает относительную стабильность организма в сравнении с постоянно обновляющимися клетками, из которых он состоит.

Митоз обеспечивает две важнейшие вещи:

У одноклеточных – бесполое размножение, при котором из одного одноклеточного организма получается сначала 2, потом 4, потом 8 одноклеточных организмов и так далее.

У многоклеточных – развитие всего организма из однойединственной клетки и последующее относительно стабильное существование этого организма на фоне постоянно обновляющихся клеток, из которых он состоит.

Митотический цикл развития клетки состоит из двух фаз – интерфазы (во время которой клетка «отдыхает» от предыдущего митоза и готовится к следующему) и собственно митоза.

Интерфаза состоит из пресинтетического, синтетического и постсинтетического периода (см. схему 1). Важны, разумеется, они все, но самый важный – синтетический период. Именно в этом периоде происходит фактическое удвоение носителей наследственной информации – дублирование всех хромосом клетки. После этого каждая хромосома оказывается состоящей из двух абсолютно идентичных хроматид (соединенных в области центромеры). Как будто кто-то перепечатывает всю «техническую документацию» клетки (сосредоточенную в ДНК, то есть в хромосомах) и аккуратно подшивает к каждому листу (хромосоме) вторую копию. Если до синтетического периода вся документация имелась в одном экземпляре (в однохроматидных хромосомах), то после синтетического периода эта информация имеется в двух идентичных копиях (в двуххроматидных хромосомах) и осталось только поделить ее между двумя новыми клетками. Именно это и происходит во время собственно митоза (см. схему 2).

На схемах 1 и 2 и рис. 48 схематически показано, а в таблице 1 - расписано, что именно происходит с клеткой во время интерфазы и собственно митоза.

-75-

Схема 1. Интерфаза

Интерфаза

Пресинтетический

период

Накопление энергии, синтез РНК, белков,

АТФ

Синтетический

период

Синтез ДНК без увеличения числа хромосом. Количество ДНК в каждой хромосоме удваивается

Постсинтетический

период

Синтез белков ахроматинового

веретена, АТФ, удвоение центриолей

Схема 2. Собственно митоз

Митоз

Профаза

Спирализация хромосом. Распад ядерной оболочки. Выход хромосом из ядра

Метафаза

Хромосомы располагаются на экваторе клетки. Формирование веретена деления, состоящего из нитей, соединяющих полюса с центромерами хромосом.

Анафаза

Разъединение каждой хромосомы в области центромеры на две хроматиды и превращение каждой хроматиды в самостоятельную хромосому

Телофаза

Деспирализация хромосом. Воссоздание ядерных оболочек и мембраны между двумя новыми клетками

-76-

Рис. 48. Стадии митоза. 1,2– интерфаза; 3 – профаза; 4 – метафаза;

5,6 – анафаза; 7,8 - телофаза

В результате митотического цикла происходит точное удвоение клетки. Обе новые клетки являются точной копией старой.

-77-

Теперь обсудим, как же именно образуется та самая одна-единственная клетка (диплоидная зигота), из которой развивается целый многоклеточный организм. Она образуется в результате слияния двух гаплоидных гамет. А откуда берутся гаметы? Они образуются при мейозе – так называемом редукционном делении обычной соматической клетки, при котором происходит уменьшение вдвое количества хромосом в клетке. Мейоз состоит из двух делений обычной соматической клетки, которые происходят последовательно, одно за другим. Каждое из этих делений чем-то похоже на митоз, а чем-то от него отличается.

Последовательность стадий мейоза приведена на схеме 3, а смысл этих стадий расписан в таблице 2.

Первое деление мейоза состоит из профазы 1, метафазы 1, анафазы 1 и телофазы 1. В сущности, это – почти митоз, только теперь роль двуххроматидных хромосом, растаскиваемых в разные концы клетки для последующего распределения по двум клеткам, играют двуххромосомные «комплексы», состоящие из двух гомологичных (то есть однотипных) хромосом, одна из которых когда-то досталась исходной клетке от папы, а другая – от мамы. Именно эти гомологичные хромосомы растаскиваются в разные углы клетки для распределения по двум дочерним клеткам.

Поэтому, если результатом митоза является создание из одной диплоидной родительской клетки с двуххроматидными хромосомами двух полностью идентичных друг другу диплоидных клеток с однохроматидными хромосомами, то результатом первого деления мейоза является создание двух гаплоидных клеток (в каждой – только половина хромосом), не идентичных друг другу (хромосомы гомологичные, но не одинаковые) - зато с по-прежнему двуххроматидными хромосомами.

Впрочем, двуххроматидными эти хромосомы будут оставаться недолго. Ведь сразу за первым делением мейоза следует второе деление мейоза, которое представляет собой просто митоз, но не соматической диплоидной клетки, а гаплоидных клеток, образовавшихся после первого деления мейоза.

В результате мейоза из одной клетки с диплоидным набором двуххроматидных хромосом образуется 4 гаплоидных клетки с гаплоидным набором однохроматидных хромосом – 4 гаметы.

Дальнейшее – дело техники. При слиянии двух гамет вновь образуется диплоидная клетка – зигота, которая и дает начало новому организму. Вся эта картина изображена на схеме 3 и расписана в таблице 2.

Итак (см. схему 4), клетки бывают соматические - с диплоидным (двойным) набором хромосом и гаметы - с гаплоидным (одинарным) набором хромосом. Соматические клетки – это обычные клетки, из которых и состоит организм. Все эти клетки образованы в результате последовательного деления (митоза) одной-единственной (самой первой) диплоидной клетки – зиготы, которая образуется в результате слияния двух гамет («папиной» и «маминой») – оплодотворения. А сами гаметы образуются в половых органах путем мейоза – редукционного деления. Так и

-78-

идет «круговорот клеток в природе» - диплоидная зигота – гаплоидные гаметы – диплоидная зигота - …

Следует отметить, что в принципе (для продолжения рода, что в конечном счете самое важное) «гаплоидная стадия» жизни организма ничуть не менее важна, чем «диплоидная». Просто у высших животных она редуцирована (измельчала) – ведь мы такие большие и сильные, а сперматозоиды такие маленькие и слабые. А у многих растений (даже высших, типа мхов) гаплоидная стадия представлена вполне полноценными растениями – гаметофитами62 (заростки папоротника, например) и «круговорот клеток» имеет вид диплоидное растение (спорофит) – гаплоидное растение (гаметофит) – диплоидное растение (спорофит) - …

Называется это «чередование поколений».

Увысших растений и многоклеточных животных имеет место оогамия

–это когда папина гамета (сперматозоид) маленькая и подвижная или просто маленькая (спермий), а мамина (яйцеклетка) – большая, неподвижная и имеет запас питательных веществ (а часто – и набор «служебных» клеток для «расхода»).

В любом случае у высших растений и многоклеточных животных половое поколение редуцировано – если не до отдельно взятого сперматозоида (как у высших животных), то хотя бы до пыльцевого зерна, которое в принципе является гаметофитом, то есть целым растением, но на практике состоит из нескольких клеток и «растет» внутри спорофита.

Еще больше похожи на «отдельно взятый сперматозоид» споры мхов и папоротников, состоящие из одной клетки. Но зато они не сливаются с яйцеклеткой, а просто прорастают и образуют половое поколение (которое у мхов к тому же занимает доминирующее положение в цикле развития).

62 Гаметофит - половое поколение у растений с чередованием поколений. Гаметофит чередуется в цикле развития с бесполым поколением, или спорофитом. У многих растений (например, у многих водорослей) гаметофит ведёт самостоятельное существование, независимо от спорофита, и не отличается от него по внешнему виду или же резко отличается, как, например, заростки папоротников, хвощей, плаунов. У покрытосеменных растений (например, у сосны) гаметофит редуцирован до пылинки пыльцы (мужской) и зародышевого мешка (женский). Для клеточных ядер гаметофита характерно половинное (гаплоидное) число хромосом по сравнению с клеточными ядрами у спорофита.

-80-

Схема 4.Типы клеток

Клетки

Зигота –

оплодотворенная яйцеклетка с диплоидным набором

хромосом

Описание установки

Микроскоп

Основной частью установки для наблюдения клеточной структуры живого является, конечно же, микроскоп – с видеоокуляром или без оного.

Если Вы используете микроскоп без видеоокуляра, то предполагается, что перед выполнением данной лабораторной работы Вы уже выполнили лабораторную работу №1 и Вам не надо объяснять, как работать с микроскопом. Фиксировать полученные изображения с помощью компьютера Вы при таком раскладе не можете, поэтому работать Вам придется «по старинке» - как в 19 и первой половине 20 века. Это означает, что полученные картинки Вы должны зарисовывать в конспекте с помощью цветных карандашей63. Ничего страшного – все основные открытия в

63 Некоторые студенты думают, что не умеют рисовать. Это – трагическая ошибка. Все студенты обязаны уметь рисовать. По крайней мере те из них, у кого аттестат о среднем образовании не поддельный. Ведь в нем же ясно написано, что его обладатель успешно освоил программу по рисованию. Не верите – посмотрите дома свой собственный аттестат.