Современная система органического мира.

1. Многообразие видов на Земле: 1,5—2 млн видов животных, 350—500 тыс. видов растений, примерно 100 тыс. видов грибов. Систематика — наука о многообразии и классификации организмов. Карл Линней — основоположник систематики. Принцип бинарной номенклатуры: двойные латинские названия каждого вида (клевер ползучий, береза бородавчатая, воробей полевой, капустная белянка и др.).

2. Деление органического мира на два надцарства: ядерные (эукариоты) и безъядерные (доядерные,или прокариоты) и четыре царства: Растения, Грибы, Животные, Бактерии и цианобактерии. 3. Бактерии и сине-зеленые, или цианобактерии — одноклеточные простоорганизованные безъядерные организмы, автотрофы или гетеротрофы, посредники между неорганической природой и надцарством ядерных. Бактерии — разрушители органических веществ, их роль в разложении органических веществ до минеральных. Роль цианобактерии в биосфере — заселение бесплодных субстратов (камни, скалы и др.) и подготовка их для заселения разнообразными организмами.

4. Грибы — одноклеточные и многоклеточные организмы, обитающие как на суше, так и в воде. Гетеротрофы. Роль грибов в круговороте веществ в природе, в превращении органических веществ в минеральные, в почвообразовательных процессах.

5. Растения — одноклеточные и многоклеточные организмы, большинство которых в клетках содержит пигмент хлорофилл, придающий растению зеленую окраску. Растения — автотрофы, синтезируют органические вещества из неорганических с использованием энергии солнечного света. Растения — основа для существования всех других групп организмов, кроме сине-зеленых и ряда бактерий, так как растения снабжают их пищей, энергией, кислородом.

6. Животные — царство организмов, активно передвигающихся в пространстве (исключение составляют некоторые полипы и др.). Гетеротрофы. Роль в круговороте веществ в природе — потребители органического вещества. Транспортная функция животных в биосфере — переносят вещество и энергию.

7. Родство, общность происхождения организмов — основа их классификации

124. Современные ведущие теории возникновения жизни на Земле.

Природа жизни, её происхождение, разнообразие живых существ и объединяющая их структурная и функциональная близость занимают одно из центральных мест в биологии. Согласно теории «стационарного состояния» Вселенная существовала вечно, т.е. всегда. Согласно другим гипотезам Вселенная могла возникнуть из сгустка нейтронов, в результате «большого взрыва» или родилась в одной из «чёрных дыр», или даже была создана «творцом, всевышним».

Среди главных теорий возникновения жизни на Земле следует упомянуть след.:

1. Теория креационизма: жизнь была создана в определённое время сверхъестественным существом.

2. Теория самопроизвольного заражения: жизнь возникла неоднократно из неживого вещества.

3. Теория «стационарного состояния»: жизнь существовала всегда, независимо от нашего сознания.

4. Теория панспермии: жизнь занесена на нашу Планету извне.

5. Теория биохимической эволюции: жизнь возникла в рез-те процессов, подчиняющихся химич. и физич. законам. Более или менее научная.

Ещё Дарвин понял, что жизнь может возникнуть только при отсутствии жизни. Вначале вездесущие микроорганизмы, распространённые сейчас на Земле «съедали» бы вновь образующиеся органические вещества, следовательно, появление жизни, в привычных нам земных условиях, не возможно.

Второе условие, при котором можем зародиться жизнь, отсутствие свободного О2в атмосфере, т.е. отсутствие условий, когда органические в-ва могут накапливаться не окисляясь. На нашей Планете они накапливаются только в бескислородных условиях (торф, нефть, каменный уголь). Это возможно открытие сделали Опарин и Холдейн. Позже они сформировали гипотезу, рассматривающую возникновение жизни, как результат длительной эволюции углеродных соединений. Она легла в основу научных представлений о происхождение жизни. Впервые признаки жизни на ней появились около 3,8 млрд.лет т.н.

В процессе становления жизни можно выделить 4 этапа:

1 этап: Синтез низкомолекулярных органических соединений из газа в первичной атмосфере. В первичной атмосфере, имевшей вероятно восстановительный характер, под влиянием различных видов энергии (радиоактивных и ультрофиолет.излучений, электрические разряды, вулканические процессы, тепло и т.д) из простейших соединений синтезировались молекулы аминокислот, сахаров, жирных кислот, азотистых оснований и т.д. Этот этап подвержен рядом модельных экспериментов. В 1912г. америк.биол. Ж.Лёб первым получил из смеси газов под действием электрического разряда лейцин (аминокислота).

2 этап: Полимеризация мономеров с образованием цепей белков и нуклеиновых к-т.Высокая концентрация молекул аминокислот, жирных кислот в растворах привела к образованию биополимеров: примитивных белков и нуклеиновых кислот.

3 этап: Образование фазово-обособленных систем органических в-в, отделённых от внешней среды мембранами. Этот этап становления жизни часто наз. протоклеткой.Возможно, что возникшие полимеры объединялись в многомолекулярные комплексы по принципу так назыв. Неспецифической самосборки. Образующиеся при этом фазово-обособленные системы способны взаимодействовать с внешней средой по типу открытых систем.

4 этап: Возникновение простейших клеток, обладающих свойствами живого, в том числе репродуктивным аппаратом, гарантирующим передачу дочерним клеткам всех химических и метаболических свойств родительских клеток.

Эволюция протобионтов завершилась появлением примитивных организмов, обладающих генетическим и белоксинтезирующим аппаратом и наследуемым обменом в-в.

Первые живые организмы были гетеротрофами, питавшиеся абиогенными органическими молекулами.

125. Возникновение и исчезновение биологических структур в филогенезе.

В процессе эволюции закономерным является как возникновение новых структур, так и их исчезновение. В основе лежит принцип дифференциации, проявляющийся на фоне первичной полифункциональности и способности функций изменяться количественно. Любая структура при этом возникает на основе предшествующих структур вне зависимости от того, на каком уровне организации живого осуществляется процесс филогенеза. Так, известно, что около 1 млрд. лет назад исходный белок глобин вслед за дупликацией исходного гена дифференцировался на мио- и гемоглобин — белки, входящие в состав соответственно мышечных и кровяных клеток и дифференцировавшиеся в связи с этим по функциям. Таким же образом новые биологические виды образуются в виде изолированных популяций исходных видов, а новые биогеоценозы — за счет дифференцировки предсуществующих.

 

Примером возникновения органов служит происхождение матки плацентарных млекопитающих от парных яйцеводов. При удлинении эмбрионального развития млекопитающих возникает необходимость более длительной задержки зародыша в организме матери. Это может осуществляться только в каудальных отделах яйцеводов, полость которых при этом увеличивается, а стенка дифференцируется таким образом, что к ней прикрепляется плацента, обеспечивающая взаимосвязь организма матери и плода. В итоге возник новый орган — матка, обеспечивающий зародышу оптимальные условия внутриутробного развития и повышающий выживаемость соответствующих видов.В возникновении такого более сложного и специализированного органа, как глаз, наблюдаются те же закономерности.

Исчезновение, или редукция, органа в филогенезе может быть связана с тремя разными причинами и имеет различные механизмы. Во-первых, орган, выполнявший ранее важные функции, может оказаться в новых условиях вредным. Против него срабатывает естественный отбор, и орган довольно быстро может полностью исчезнуть. Примеров такого прямого исчезновения органов немного. Так, многие насекомые малых океанических островов бескрылы вследствие постоянной элиминации из их популяций летающих особей ветром. Чаще наблюдается исчезновение органов благодаря их субституции новыми структурами, выполняющими прежние функции с большей интенсивностью. Так исчезают, например, у пресмыкающихся и млекопитающих предпочки и первичные почки, заменяясь функционально вторичными почками. Таким же образом у рыб и земноводных происходит вытеснение хорды позвоночником.

Самый частый путь к исчезновению органов — через постепенное ослабление их функций. Такие ситуации возникают обычно при изменении условий существования. Благодаря этому такой орган зачастую становится вредным и против него начинает действовать естественный отбор.

В медицинской практике широко известно, что рудиментарные органы и у человека характеризуются широкой изменчивостью. Третьи большие коренные зубы, или «зубы мудрости», например, характеризуются не только значительной вариабельностью строения и размеров, но и разными сроками прорезывания, а также особой подверженностью кариесу. Иногда они вообще не прорезываются, а нередко, прорезавшись, в течение ближайших лет полностью разрушаются. То же касается и червеобразного отростка слепой кишки (аппендикса), который в норме может иметь длину от 2 до 20 см и быть расположенным по-разному (за брюшиной, на длинной брыжейке, позади слепой кишки и т.д.). Кроме того, воспаление аппендикса (аппендицит) встречается значительно чаще, чем воспалительные процессы в других отделах кишечника.

 

Недоразвившиеся органы носят название рудиментарных или рудиментов. К рудиментам у человека относят, во-первых, структуры, потерявшие свои функции в постнатальном онтогенезе, но сохраняющиеся и после рождения (волосяной покров, мышцы ушной раковины, копчик, аппендикс как пищеварительный орган), и, во-вторых, органы, сохраняющиеся только в эмбриональном периоде онтогенеза (хорда, хрящевые жаберные дуги, правая дуга аорты, шейные ребра и др.).

 

126. Закономерности морфологических преобразований органов.

Предпосылки филогенетических преобразований органов.

Для каждого органа характерна мулътифункциональность, а для функции — способность изменяться количественно. Эти категории и лежат в основе всех принципов эволюционного изменения органов и их функций. Практически все органы выполняют не одну, а несколько функций, причем среди них, всегда выделяется главная, а остальные второстепенны. Строение такого полифункционального органа обязательно соответствует главной функции. Так, рука человека может использоваться для лазания по деревьям, плавания, даже хождения. Но основной ее функцией является трудовая деятельность. В связи с этим и строение руки в максимальной степени соответствует функции труда. Любые формы жизнедеятельности имеют не только качественную, но и количественную характеристику. В применении к функционированию того или иного органа или структуры это означает, что одна и та же функция может проявляться с большей или меньшей интенсивностью. Так, в природе всегда существуют те или иные степени проявления каждой из известных нам функций; функция бега выражена сильнее у одних видов млекопитающих и слабее — у других. Эти две фундаментальные особенности — мультифункциональность органов и способность количественного изменения функции — и лежат в основе всех принципов филогенетического изменения органов.

Способы преобразования органов и функций. Известно более полутора десятков способов (модусов) эволюции органов и функций. Рассмотрим главнейшие из них.

Усиление главной функции происходит очень часто в ходе эволюции отдельных органов. При этом оно достигается двумя путями:

- либо посредством изменения строения органа,

- либо увеличением числа компонентов внутри одного органа.

Ослабление главной функции — столь же обычный эволюционный процесс, как и ее усиление. При переходе китообразных к водному образу жизни у их предков ослаблялась терморегуляционная функция волосяного покрова (у современных китообразных волосяной покров практически исчез).

Полимеризация органов. При полимеризации происходит увеличение числа однородных органов или структур. Этот принцип осуществляется, например, при вторичном возникновении многочисленных хвостовых позвонков у длиннохвостых млекопитающих, что приводит к усилению подвижности хвоста.

Олигомеризация органов и концентрация функций — уменьшение числа многочисленных однородных органов, органоидов, структур, связанное, как правило, с интенсификацией функции. Широко наблюдается в эволюции.

Уменьшение числа функций наблюдается в процессе эволюции главным образом при специализации какого-либо органа или структуры. Конечности предков китообразных несли, по-видимому, много функций (опора на субстрат, рытье, защита от врагов и многие другие). С превращением ноги в ласт большинство прежних функций исчезло.

Увеличение числа функций можно продемонстрировать на примере возникновения способности запасать воду тканями стеблей или листьев у ряда ксерофитных форм растений.

Разделение функций и органов можно проиллюстрировать распадением единого непарного плавника, характерного для далеких предков всех рыб.

Смена функций. Смена главной функции — один из наиболее общих способов эволюции органов. У ряда насекомых яйцеклад превращается в жало; главная функция, первично связанная с размножением, замещается функцией защиты.

В прогрессивной эволюции органов очень важным является принцип активации функций. Он наиболее часто реализуется на начальных этапах эволюции органов в том случае, когда малоактивный орган начинает активно выполнять функции, существенно при этом преобразуясь. Так, крайне малоподвижные парные плавники хрящевых рыб становятся активными органами движения уже у костистых.

Более часто в филогенезе наблюдается интенсификация функций, являющаяся следующим этапом эволюции органов после активации. Благодаря этому орган обычно увеличивается в размерах, претерпевает внутреннюю дифференцировку, гистологическое строение его усложняется. Иногда в процессе интенсификации функций наблюдается тканевая субституция органа — замещение одной ткани другой, более соответствующей выполнению данной функции. Примером является замена хорды сначала хрящевым, а затем и костным позвоночником.