Гаплоидная клетка — это та, в ядре которой содержится одинарный набор хромосом. Это, в основном, гаметы — то есть клетки, предназначенные для размножения. Также гаплоидным набором хромосом обладают большинство прокариотических организмов. Соматические клетки эукариотов (все, кроме половых) — диплоидные, у растений могут быть полиплоидными.

Строение прокариотической клетки

Прокариоты являются организмами, состоящими из одной клетки, в которой нету ядра. К таким относятся только бактерии. Большинство из них имеют одинарный набор хромосом.

Структура их клетки отличается от эукариотической тем, что в ней отсутствуют некоторые органоиды. К примеру, в них нет митохондрий, лизосом, комплекса Гольджи, вакуолей, эндоплазматической сети. Однако, как и эукариотическая, гаплоидная клетка прокариотов обладает плазматической мембраной, состоящей из белков и фосфолипидов; рибосомами, которые участвуют в выработке белков; клеточной стенкой, которая в большинстве случаев построена из муреина.
кже в строении такой клетки может присутствовать капсула, в состав которой входят такие вещества, как белки и глюкоза. Их хромосомы свободно плавают в цитоплазме, не защищены ядром или какой-либо другой структурой. Чаще всего наследственный материал бактерий представлен лишь одной хромосомой, на которой записана информация о белках, которые должны продуцироваться клеткой. Способ размножения таких организмов — простое деление гаплоидных клеток. Это позволяет им в кратчайшие сроки заметно увеличить свою численность.

Клетки эукариотов, обладающие одинарным набором хромосом

У такого рода организмов гаплоидные ядра содержат клетки под названием гаметы. Они могут весьма отличаться от соматических. Размножение гаплоидными клетками является половым, и новый организм может начать развиваться только при слиянии двух гамет, синтезированных разными особями одного и того же вида.

Образованная при слиянии двух гаплоидных клетка называется зиготой, она уже обладает двойным набором хромосом. Несмотря на то что половые клетки отличаются от соматических диплоидных, они все же могут иметь некоторые органоиды, присущие эукариотам.

Гаметы животных

Половые клетки организмов, принадлежащих к этому царству, называются сперматозоидами и яйцеклетками. Первые вырабатываются в организме самца, вторые — самки. Яйцеклетки продуцируются в яичниках, а сперматозоиды — в яичках. И те и другие — специализированные гаплоидные клетки, которые имеют различные функции.

Строение яйцеклеток

Женские половые клетки обладают намного большими размерами, нежели мужские. Они являются неподвижными. Основная их задача — обеспечить зиготу на первое время питательными веществами, необходимыми для деления. Яйцеклетка состоит из цитоплазмы, мембраны, студенистой оболочки, полярного тельца и ядра, в котором находятся хромосомы, несущие наследственную информацию. Также в ее строении присутствуют кортикальные гранулы, в которых содержатся ферменты, предотвращающие попадание в клетку других сперматозоидов после ее оплодотворения, иначе могла бы образоваться полиплоидная зигота (с тройным и более набором хромосом), что повлекло бы за собой разного рода мутации.

Яйцо птиц также можно считать яйцеклеткой, однако в ней содержится намного больше питательных веществ, чтобы их хватило для полного развития эмбриона. Женская половая клетка млекопитающих не содержит столько органических химических соединений, так как на более поздних этапах развития эмбриона через плаценту он получает все необходимое из материнского организма.

В случае же с птицами этого не происходит, поэтому весь запас питательных веществ должен изначально присутствовать в яйцеклетке. Яйцо имеет и более сложную структуру. Поверх желточного мешка и белковой оболочки оно покрыто скорлупой, которая играет защитную функцию, также в структуре присутствует воздушная камера, которая необходима для обеспечения зародыша кислородом.

Строение сперматозоидов

Это также гаплоидная клетка, предназначенная для размножения. Главной ее функцией является сохранение и передача отцовского наследственного материала. Эта гаплоидная клетка подвижна, обладает намного меньшими размерами, чем яйцеклетка, за счет того, что не содержит питательных веществ.

Сперматозоид состоит из нескольких основных частей: хвоста, головки и промежуточного отдела между ними. Хвост (жгутик) состоит из микротрубочек — структур, построенных из белков. Благодаря ему сперматозоид может передвигаться к своей цели — яйцеклетке, которую он должен оплодотворить.

Промежуточный отдел между головкой и хвостом содержит митохондрии, которые располагаются по спирали вокруг средней части жгутика, и пару центриолей, лежащих перпендикулярно друг другу.

Первые — это органеллы, которые вырабатывают энергию, которая нужна для передвижения гаметы. В головке сперматозоида находится ядро, которое обладает гаплоидным набором хромосом (23 у человека). На внешней стороне этой части мужской половой клетки находится аутосома. По сути, это слегка видоизмененная, увеличенная лизосома. В ней находятся ферменты, которые необходимы для того, чтобы сперматозоид мог растворить часть внешних оболочек яйцеклетки и оплодотворить ее. После того как мужская половая клетка сливается с женской, образуется зигота, которая обладает диплоидным набором хромосом (46 у человека). Она уже способна делиться, из нее и образуется зародыш.

Гаплоидные клетки растений

У организмов этого «царства» вырабатываются похожие половые клетки. Женские тоже называются яйцеклетками, а мужские — спермиями. Первые находятся в пестике, а вторые — на тычинках, в пыльце. При попадании ее на пестик происходит оплодотворение, и затем образуется плод с семенами внутри.

У низших растений (споровых) — мхов, папоротников — наблюдается чередование поколений. Одно из них размножается бесполым способом (спорами), а другое — половым. Первое называется спорофитом, а второе — гаметофитом. У папоротников спорофит представлен растением с большими листками, а гаметофит — небольшой зеленой структурой в форме сердца, на ней и образуются половые клетки.

Источник: fb.ru

1. Диплоиднисть

Диплоиднисть — наличие в ядре клетки полного набора гомологичных пар хромосом. Диплоидный набор хромосом (син.: двойной набор хромосом, зиготной набор хромосом, полный набор хромосом, соматический набор хромосом) — совокупность хромосом, присущая соматическим клеткам, в которой все характерные для данного биологического вида хромосомы представлены попарно; у человека диплоидный набор хромосом содержит 44 аутосомы и 2 половые хромосомы.

2. Чередование гаплоидной и диплоидной фаз в жизненном цикле

В норме у большинства организмов, для которых известен половой процесс, в жизненном цикле происходит правильное чередование гаплоидной и диплоидной фаз.
плоидные клетки образуются в результате мейотического деления диплоидных клеток, после чего у некоторых организмов ( растения, грибы) они могут размножаться с помощью митотических делений с образованием гаплоидного многоклеточного тела. Диплоидные клетки образуются из гаплоидных в результате полового процесса (слияния половых клеток, или гамет) с образованием зиготы, после чего могут размножаться с помощью митотических делений (в растений, водорослей и животных) с образованием диплоидного многоклеточного тела.

Источник: nado.znate.ru

Гаплоидное число» data-layzr=»https://natworld.info/wp-content/uploads/2017/07/наборы-хромосом-в-гаплоидных-и-диплоидных-клетках-300×189.png» alt=»» width=»300″ height=»189″ data-layzr-srcset=»https://natworld.info/wp-content/uploads/2017/07/наборы-хромосом-в-гаплоидных-и-диплоидных-клетках-300×189.png 300w, https://natworld.info/wp-content/uploads/2017/07/наборы-хромосом-в-гаплоидных-и-диплоидных-клетках.png 500w, https://natworld.info/wp-content/uploads/2017/07/наборы-хромосом-в-гаплоидных-и-диплоидных-клетках-183×116.png 183w» sizes=»(max-width: 300px) 100vw, 300px» />

Гаплоидное число — это количество хромосом в ядре клетки, которое составляет один набор хромосом. Это число обычно обозначается как n, где n равняется количеству хромосом. Для разных организмов, гаплоидное число будет отличатся. У людей гаплоидное число выражается как n=23.

Гаплоидные клетки человека имеют 1 набор из 23 хромосом:

• Неполовые хромосомы: 22 аутосомы.
• Половые хромосомы: 1 гоносома.

Диплоидные клетки людей содержат 23 пары или 46 хромосом:

• Неполовые хромосомы: 22 пары, состоящие из 44 аутосом.
• Половые хромосомы: 1 пара, включающая 2 гоносомы.

Источник: natworld.info

Второе мейотическое деление.

Интерфаза 2. Происходит только в животных клетках, короткая; репликации ДНК не происходит.

Профаза 2. Ядрышки, ядерные мембраны разрушаются, хроматиды укорачиваются. Образование веретена деления.

Метафаза 2. Хромосомы выстраиваются в плоскости экватора.

Анафаза 2. Центромеры делятся, две сестринские хроматиды направляются к противоположным полюсам. Отделившиеся хроматиды называются хромосомами, на каждом полюсе формируется гаплоидный набор.

Телофаза 2.Хромосомы деспираллизуются. Нити веретена деления исчезают. Вокруг хромосом формируется ядерная оболочка. Образуются клетки с гаплоидным набором хромосом nс.

Биологическое значение мейоза: создает возможность для возникновения новых генных комбинаций, что ведет к изменениям в генотипе и фенотипе потомства, т.е.
ляется основой генотипической изменчивости (три механизма – кроссинговер, независимое расхождение бивалентов в первом мейотическом делении, расхождение гомологичных хромосом и аллельных генов в разные гаметы). В результате получаются особи, генетически отличные от обоих родителей. Так обеспечивается разнообразие особей одного вида, создаются предпосылки к освоению разнообразных условий обитания, большей приспособленности к изменяющимся условиям среды.

5.4 Особенности гамет. Стадии гаметогенеза

Гаметы — одно из направлений дифференцировки клеток многоклеточного организма, в сравнении с другими клетками (эпителиальными, нервными, мышечными и т.п.) характеризуются рядом отличий:

— имеют гаплоидный набор хромосом (у всех остальных, соматических – диплоидный);

— необычное ядерно-цитоплазматическое соотношение – в яйцеклетке снижено, много питательного материала в цитоплазме, в сперматозоидах завышено;

— низкий уровень обменных процессов, близкий к состоянию анабиоза, сперматозоиды вообще не вступают в митотический цикл, яйцеклетки восстанавливают эту способность после оплодотворения;

— сложное строение оболочек, особенно в яйцеклетках, выполняют много функций – защита, обмен, внедрение зародыша в стенку матки, участие в формировании зародыша;

— цитоплазаматическая сегрегация, т.е. разные участки цитоплазмы имеют разный состав и выполняют разные функции, что играет роль в развитии зародыша;

— мужские гаметы имеют орган движения – жгутик.

Гаметогенез – процесс образования половых клеток: женских – овогенез, мужских – сперматогенез. Специализированные диплоидные соматические клетки, из которых образуются гаметы, называются сперматогониями и овогониями. Гаметогенез включает несколько стадий.

1. Стадия размножения – ряд последовательных митотических делений клеток, их количество существенно возрастает. У человека мужские гаметы образуются на протяжении всего периода половой активности, женские – в первые месяцы внутриутробного развития, процесс их формирования завершается к 3 годам.

2. Стадия роста — увеличение размеров клетки и превращение в сперматоциты и овоциты 1 порядка, накопление питательных веществ и энергии для деления, редупликация ДНК (интерфаза 1).

3. Стадия созревания – два последовательных деления, редукционное и эквационное, которые вместе составляют мейоз. После первого деления – сперматоциты и овоциты 2 порядка, после второго – сперматиды, зрелая яйцеклетка и редукционные (полярные) тельца.

4. Стадия формирования (только у мужских гамет) – изменения в строении сперматид (ядро уплотняется, появляется жгутик, у основания концентрируется митохондрии, перераспределение цитоплазмы), образуется сперматозоид.

Долгое время соматические и половые клетки противопоставлялись друг другу, считалось, что только половые могут передавать свойства жизни и участвовать в оплодотворении. В настоящее время экспериментально доказана возможность развития полноценного организма на основе наследственной информации ядра дифференцированной соматической клетки (первые эксперименты проводились на лягушках, сейчас реальностью стало клонирование овцы, коровы и др. животных).

Митоз и мейоз – это универсальные механизмы передачи биологической информации. Однако в природе существуют и другие пути, случайные, с положительными или отрицательными последствиями для эволюции вида.

Так, например, в клетках пищеварительного тракта одного из видов брюхоногих моллюсков сохраняются хлоропласты поедаемой водоросли, организм приобретает способность к фотосинтезу. Некоторые черви используют в качестве защиты стрекательные капсулы полипов, которых поедают (клептогенез, эволюция путем воровства).

Вирус опухоли кролика переносит в клетки человека ген синтеза фермента, который катализирует обмен аргинина. Если человек научится управлять этим и подобными процессами, можно будет лечить заболевания, связанные с нарушением метаболизма.

6 Онтогенез. Тканевый, органный, организменный уровни организации живой материи

6.1 Основные концепции онтогенеза – индивидуального развития организма.

Независимо от способа размножения начало новому организму дает клетка (оплодотворенная при половом размножении), содержащая гены — наследственные задатки, но не обладающая всеми признаками и свойствами организма. Развитие организма (онтогенез) заключается в постепенной реализации наследственной информации, полученной от родителей.

Каким образом генотип реализуется в фенотип? Ученые давно задумывались об этом. В результате сформировались 3 основных концепций онтогенеза.

Первая — преформизм – учение о том, что организм полностью сформирован (преформирован) в половых клетках в уменьшенном виде, а после оплодотворения начинается его рост. Возникло в античности, Гиппократ – основоположник. Отрицание развития, метафизическое учение. Наиболее популярно в 17-18 веках. Овисты отдавали предпочтение яйцеклеткам, анималькулисты – мужским половым клеткам.

Вторая— эпигенез – противоположное преформизму учение, признающее только развитие и отрицающее рост; яйцеклетка бесструктурна и однородна, все органы возникают как новообразование.

В 1828 году Карл Бэр доказал, что содержимое яйца неоднородно (учение о зародышевых листках) и степень неоднородности возрастает с развитием зародыша, выявил преемственность развития у разных классов животных и предложил рассматривать онтогенез как преобразование структур (третья концепция). Это основа современных представлений об онтогенезе как единстве роста и развития.

Особое внимание следует обратить на следующие понятия. Рост– это увеличение количества, размеров и массы клеток (т.е. количественные изменения). Развитие– качественные изменения в организме, обусловленные дифференцировкой клеток (разделением по морфологическим, биохимическим, функциональным признакам) и их ростом.

Онтогенез – целостный и непрерывный процесс, в котором отдельные события увязаны между собой в пространстве и времени. Онтогенез контролируется генами, т.е. детерминирован генетически, и тесно связан со средой.

6.2 Типы и периодизация онтогенеза.

Различают два типа онтогенеза: прямой и непрямой.

Прямой – неличиночный (рыбы, птицы, пресмыкающиеся, яйцеклетки богаты питательными веществами, значительная часть онтогенеза в яйце во внешней среде) и внутриутробный (млекопитающие, обеспечение жизненных функций и развития зародыша материнским организмом через плаценту, роль провизорных органов).

Непрямой – когда организм проходит через стадию личинки – зародыша, способного к самостоятельному существованию (насекомые, амфибии, иглокожие), для этого типа онтогенеза характерен метаморфоз – превращение в зрелую особь.

Этапы онтогенеза:

— пренатальный (дородовой, эмбриональный) – организм не способен к самостоятельному существованию, развивается внутри материнского организма и полностью зависит от него;

— постнатальный (послеродовой, постэмбриональный) – самостоятельное питание, передвижение и т.д.

Важнейшим событием онтогенеза является возможность осуществления размножения, по этому признаку выделяют следующие периоды онтогенеза:

— дорепродуктивный (особь не способна к размножению) подразделяют на эмбриональный и ювенильный;

— репродуктивный (наиболее стабильное состояние);

— пострепродуктивный – связан со старением, характерно прекращение участия в размножении, устойчивость снижается. Различают внешние признаки старости (снижение эластичности кожи, поседение волос, развитие дальнозоркости) и внутренние (обратное развитие органов, снижение эластичности кровеносных сосудов, нарушение кровоснабжения мозга, деятельности сердца и др.). Все это приводит к снижению жизнеспособности и повышению вероятности гибели.

Смерть как биологическое явление – универсальный способ ограничить участие многоклеточного организма в размножении, обеспечить смену поколений и эволюционный процесс. Скорость нарастания и выраженность изменений в процесс старения зависит от генотипа, условий жизни, образа жизни, в т.ч. питания

Существуют десятки гипотез, объясняющие механизмы старения. В настоящее время ученые рассматривают в качестве основных 2 причины старения:

· износ биологических структур вследствие возрастного накопления ошибок в клеточных механизмах под действием мутаций;

· генетически предопределенное разрушение.

В основе онтогенеза лежат определенные клеточные механизмы.

6.3 Механизмы онтогенеза.

1. Делениеклеток – протекает с разной интенсивностью в разное время и в разных местах, носит клональный характер (все клетки являются потомками одной родоначальной клетки), подвержено мутационным изменениям.

2. Миграция – перемещение клеток (особая роль – миграция клеток мезенхимы, способных к амебоидным движениям) и пластов клеток (формирование эпителия).

3. Сортировка – образование скоплений клеток с определенными свойствами, зависит от степени подвижности клеток и особенностей строения цитоплазматических мембран (обеспечивают адгезию).

4. Гибель клеток – разрушение провизорных органов, образование полостей; в центральной нервной системе образуется больше нервных клеток, чем сохраняется.

5. Дифференцировка – процесс, в результате которого клетка становится специализированной, т.е. приобретает химические, морфологические, функциональные особенности; это процесс возникновения и нарастания структурных и функциональных различий между отдельными клетками и частями зародыша.

Для объяснения механизма дифференцировки существует несколько теорий. Все клетки, происходящие от исходной зиготы, идентичны по своему генотипу и поэтому должны иметь одинаковую структуру и функции. Очевидно, что в многоклеточном организме это не так. Почему? Либо клетки утрачивают некоторые гены, либо они могут включаться и выключаться. В настоящее время общепризнанной является теория, в основе которой предположение Моргана о том, что дифференцировка является результатом последовательных взаимных влияний цитоплазмы и меняющихся продуктов активности ядерных генов.

6. Эмбриональная индукция – взаимодействие частей развивающегося зародыша, когда один участок влияет на формирование другого, т.е. является индуктором. Различают гетерономную и гомономную индукцию. Гетерономная – один кусочек зародыша индуцирует другой орган (например, хордомезодерма индуцирует появление нервной трубки). Гомономная – индуктор побуждает окружающий материал к развитию в том же направлении, что и он сам.

7. Генетический контроль развития. Каким образом гены осуществляют контроль? Сложный и центральный вопрос, к ответу на который ученые лишь начинают подходить. Главный прием изучения – использование мутаций.

Кроме генетического контроля на регуляцию онтогенеза влияют также межклеточные взаимодействия, у высших животных – гормоны и нервная система (внутренние факторы). Кроме того, на рост и развитие организма существенно влияют условия внешней среды: пища (в т.ч. наличие микроэлементов и витаминов), свет (фотосинтез, синтез витамина Д), температура, облучения (мутагенез) и др.

6.4 Тканевый и органный уровни организации живого. Особенности тканей и органов животных и растений

В процессе онтогенеза — развития сложного многоклеточного организма — из эмбриона образуются клетки с разным химическим составом, биохимическими и морфологическими свойствами, которые предопределяют выполнение разных функций. Однотипные клетки формируют определенные ткани.

Ткань – это филогенетически (исторически) сложившаяся система клеток и неклеточных структур, обладающая общностью строения, функции, развития. Наука, изучающая закономерности развития, строения и функционирования тканей в историческом и индивидуальном развитии многоклеточных организмов, называется гистологией.

Органом называют исторически сложившуюся специализированную систему тканей, характеризующуюся отграниченностью, постоянством формы, локализации, развитием в онтогенезе и специфическими функциями. Группу сходных по происхождению органов, объединяющихся для выполнения сложной функции, называют системой.

Каждый тип ткани обеспечивает организму одно из его четырех основных свойств во взаимоотношении с внешней средой: пограничность (отделение от внешней среды), внутренний обмен (поддержание гомеостаза), раздражимость или подвижность. В соответствии с этим у животных различают четыре типа тканей: эпителиальную, соединительную, мышечную, нервную.

Функции эпителиальной ткани: защита организма от воздействий внешней среды (покрывает всю наружную поверхность тела, поверхность ЖКТ, дыхательных путей, все слизистые оболочки); обмен веществ между организмом и внешней средой.

Общие черты эпителиальных тканей:

· представляют собой пласт клеток, нарушение целостности приводит к нарушению функций и ослаблению организма;

· эпителиальные клетки лежат на базальной мембране, которая играет большую роль в питании эпителия, связывая его с соединительной тканью;

· эпителиальные клетки обладают полярностью (базальная и апикальная верхушечная части различаются по строению, в базальной – ядро, в апикальной – органеллы и включения запасных питательных веществ);

· обладают высокой способностью к регенерации.

Эпителий делится на покровный и железистый. Покровный эпителий может быть однослойным (эпителий желудка, кишечника, сердечной сумки, легких) и многослойным (кожа, ротовая полость, роговица глаза). Форма клеток плоская, цилиндрическая, кубическая, шиповатая. Особенность железистого эпителия – способность синтезировать особые вещества – секреты (различные гормоны, ферменты, слизь; слюнные, потовые, молочные железы).

Функции соединительной ткани (или ткани внутренней среды для метаболических реакций): трофическая (участие в обмене веществ); защитная (участвует в иммунных реакциях, заживлении ран). Соединительные ткани являются производными мезенхимы, отличаются аполярностью клеток, большим количеством межклеточного вещества.

Ткани с опорно-механической функцией: плотные волокнистые соединительные, в зависимости от характера расположения коллагеновых волокон делятся на неоформленные (сетчатый слой кожи), оформленные (сухожилия); хрящевые (гиалиновая, эластическая, волокнистая) и костные (грубоволокнистые — зародыш, дентиноидные — зубы, пластинчатые — кости). Особые виды ткани – кровь, лимфа.

Ткани с двигательной функцией: мышечные ткани. Различают:

Ø гладкую мышечную ткань (оболочки кровеносных сосудов, различных внутренних органов);

Ø поперечнополосатую (скелетная мускулатура, мышцы рта, языка, мимическая мускулатура и др),

Ø мышечную ткань сердечной мышцы,

Ø специализированные виды (миоэпителиальные клетки, окружающие железы; глазные мышцы и т.д.)

Функции нервных тканей: участие в получении, хранении и переработке информации из внешней и внутренней среды, регуляция и интеграция деятельности всех органов и систем. Различают: ткань коры головного мозга, спинного мозга, ствола мозга, вегетативных ганглиев, гипоталамуса и др. Состоит из двух компонентов – нервных клеток нейроцитов (нейронов, способны воспринимать раздражение, возбуждаться, вырабатывать и проводить нервный импульс) и нейроглии (межклеточное вспомогательное вещество, выполняет опорную, трофическую, секреторную и защитную функции). Составляют основу центральной (спинной и головной мозг) и периферической (соматической и вегетативной) нервной системы.

Основные системы и примеры органов животных:

· наружные покровы (кожа, чешуя, перья и т.п.);

· опорно-двигательный аппарат (скелет, мышцы);

· пищеварительная система (пищевод, желудок, кишечник);

· дыхательная система (легкие, бронхи, трахея);

· кровеносная система (кровь, сердце, сосуды);

· мочеполовая система (почки, мужские и женские половые органы);

· центральная нервная система (головной и спинной мозг, органы зрения, вкуса, слуха, обоняния);

· эндокринная система (железы внутренней секреции).

У растений выделяют следующие системы тканей:

· образовательные ткани или меристемы;

· основные (в т.ч. хлорофиллоносные, запасающие, дыхательные, водоносные);

· пограничные (защитная и барьерные функции);

· проводящие (ксилема, флоэма);

· механические (опорные, скелетные);

· выделительные (наружные и внутренние).

К основным органам высших растений относят: корень (отвечает за снабжение водой и минеральными солями, закрепление в почве), стебель (транспортная и механическая функции), лист (фотосинтез), цветок, семя, плод (размножение).

7. Биогеоценотический и биосферный уровни организации жизни

7.1. Общая характеристика биогеоценозов.

Биогеоценоз – система взаимодействующих живых существ (биоценозов) и окружающей их неживой природы (гидросферы, литосферы, атмосферы). Биоценоз (биотическая часть, главный компонент биогеоценоза) – целостная, саморегулирующаяся биологическая система, в состав которой входят живые организмы, обитающие на одной территории (растения, животные, бактерии, грибы, вирусы).

Биогеоценоз – открытая система, в которую поступают энергия Солнца, газы атмосферы, вода, минеральные вещества почвы, а выделяются теплота, кислород, углекислый газ, биогенные органические вещества.

Энергия, поступающая в Биогеоценоз, затрачивается на обеспечение постоянного круговорота веществ, поддержание целостности системы и на ее развитие (эволюцию). Энергия проходит через ряд трофических уровней, являющихся звеньями цепей питания. Цепи питания – ряд взаимосвязанных видов, из которых каждый предыдущий служит пищей последующему. Общая закономерность состоит в том, что в основе любой пищевой цепи – зеленые растения, в конце – плотоядные (хищники). Количество особей и биомасса последовательно уменьшается в каждом следующем звене цепи — это правило экологической пирамиды, пример которой показан ниже.

Почему? Т.к. объем энергии, необходимой для обеспечения жизнедеятельности организма, растет с повышением уровня морфофизиологической организации, то количество биомассы на более высоких уровнях уменьшается. Например, зообиомасса составляет около 3% от всей биомассы, причем около 95% в ней – беспозвоночные.

Обязательные компоненты биогеоценоза:

1. Абиотические неорганические и органические вещества среды.

2. Организмы – продуценты органических веществ (автотрофы, синтез из неорганических веществ, используется энергия Солнца или химических реакций)

3. Организмы – консументы (потребители готовых органических веществ), могут быть первого порядка – растительноядные, второго порядка – плотоядные, третьего и т.д.

4. Организмы – редуценты(разрушители), разлагающие органические вещества до неорганических.

Организмы, входящие в состав биогеоценозов, испытывают влияние неживой природы (абиотических факторов) и находятся под воздействием других живых организмов (биотические факторы).

7.2 Абиотические факторы внешней среды

При оценке влияния абиотического фактора используют характеристику интенсивности его действия на живую материю. Наиболее важные – ограничивающие (лимитирующие) факторы среды. Различают оптимум (наиболее благоприятная интенсивность) и пределы выносливости, за которыми следует гибель организма.

К основным ограничивающим абиотическим факторам среды относятся:

— температура (большинство видов приспособлено к узкому диапазону температур, существуют различные приспособления для предотвращения отрицательного воздействия неблагоприятных температур, например, теплокровность, снижение интенсивности обмена, зимняя спячка (стадия покоя), накопление питательных веществ, испарение влаги при перегревании и т.д.);

— свет (солнечная радиация), имеет значение интенсивность, продолжительность (фотопериод) и длина волны (особое значение для продуктивности растений; но оказывает влияние и на животных – синтез витамина Д, пусковой механизм физиологических процессов, обеспечивающих миграцию и размножение у птиц и млекопитающих);

— влажность (вода – необходимый компонент клетки, огромное влияние на жизнедеятельность растений и животных, различные приспособления к засухе от колючек у кактусов до спячки некоторых грызунов; для некоторых организмов – среда обитания);

— ионизирующее излучение (радиоактивные вещества горных пород, космическое, результаты человеческой деятельности – атомные стации, взрывы, накопление радиоактивных веществ в организмах, электромагнитные волны; к фоновому природному излучению живые существа адаптированы; чем сложнее устроен организм, тем более губительное влияние оказывает на него радиация, вызывает вредные мутации, причем наиболее чувствительна кроветворная ткань – костный мозг);

— загрязняющие вещества (антропогенный фактор, оказывают отрицательное воздействие на развитие организмов, обедняют структуру и функции биогеоценозов, вплоть до полного уничтожения).

7.3. Биотические факторы среды

Каждый живой организм живет в окружении множества других, вступая с ними в самые разнообразные отношения, как с положительными (пища, помощь), так и с отрицательными (гибель) для себя последствиями. Все эти многообразные связи обеспечивают возможность существования единой системы живых существ – биоценоза как стабильного саморегулирующегося сообщества.

Основные типы взаимоотношений между живыми организмами:

Ø позитивные — симбиоз,

Ø негативные – антибиоз (антагонизм),

Ø безразличные, индифферентные — нейтрализм.

Различают разные формы взаимоотношений, например, симбиотических:

— мутуализм – идеальный симбиоз, взаимополезное сожительство; вместе лучше, чем отдельно, вплоть до невозможности отдельного существования; лишайники как сожительство грибов и водорослей, термиты и жгутиковые простейшие, разлагающие целлюлозу; клубеньковые бактерии и бобовые растения и др);

— кооперация – взаимопомощь, временный симбиоз, могут жить и отдельно, животные – чистильщики (избавляют от паразитов, самим легче добыть пищу);

— комменсализм – один вид получает пользу от сожительства, а другой это безразлично (рыбы – прилипалы, гиены – львы).

Формы антагонистических взаимоотношений:

— хищничество – поедание одних животных другими видами (редко – растениями или грибами), частный случай – каннибализм как поедание особей своего вида;

— паразитизм– один вид получает питательные вещества от другого, часто нанося ему вред (паразиты растений, животных, даже бактерий – фаги);

— конкуренция– возникает у видов со сходными питательными потребностями, способы подавления других разные (прямое физическое воздействие, перехват солнечных лучей более мощной кроной, выработка антибиотиков и др.).

7.4. Устойчивость и эволюция биогеоценозов.

Структура биогеоценозов складывается в процессе эволюции, каждый вид приспосабливается и занимает свое место (нишу) или погибает и исключается из данного биогеоценоза. Состояние взаимоприспособленности видов (коадаптация) – обязательное условие существования биогеоценозов (БГЦ).

Показатели структуры и функционирования БГЦ:

— видовой состав;

— плотность популяций;

— число трофических уровней;

— общая биомасса;

— первичная продуктивность (энергия, накопленная в растительной биомассе);

— интенсивность потока энергии и круговоротов веществ.

Стабильность БГЦ зависит от многих факторов, как абиотических (изменение климата), так и абиотических. Появление нового вида по цепи может разрушить стабильность целого биогеоценоза.

Наиболее устойчивыми являются БГЦ, характеризующиеся:

· большим видовым разнообразием (если один вид исчезает, другие близкие могут заменить его в цепях питания);

· наличием неспециализированных видов (с разными источниками питания, способных существовать в меняющихся условиях среды); способность вида осваивать разные среды обитания выражается величиной экологической валентности;

· слабой степенью отграниченности от соседних экосистем (возможен обмен видами);

· большой биомассой (обеспечивает буферность при длительном действии неблагоприятных факторов).

Любая территория, пригодная для жизни по набору абиотических факторов, заселяется. При этом происходит смена биогеоценозов, т.е. идет процесс сукцессии. Первостепенная роль в освоении новых территорий принадлежит растениям и микроорганизмам, затем в сукцессию вовлекаются животные. Цепи питания постепенно усложняются, взаимоотношения совершенствуются. Для установления равновесия и стабильности БГ требуются сотни и тысячи лет. Состояние устойчивого равновесия называется климаксом. В этом состоянии БГЦ способен противостоять кратковременным внешним воздействиям. Глобальное изменение (смена климата) приводит к эволюции БГЦ. В настоящее время мощным фактором изменения БГЦ (до полного разрушения) является антропогенный.

7.5. Структура биосферы.

Термин биосфера был впервые введен австрийским геологом Зюссом в 1875 году для обозначения особой, живой оболочки Земли. Основы современных представлений о биосфере разработал академик В.И.Вернадский. Он впервые показал роль живых организмов в геохимических и энергетических превращениях минеральных оболочек природы, т.е. неживой природы.

Биосфера – оболочка Земли, которая населена и активно преобразуется живыми существами. Структурно состоит из биогеоценозов и включает следующие основные элементы:

1. Живое вещество, образованное совокупностью организмов.

2. Биогенное вещество, которое создается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, известняки)

3. Косное вещество, к. образуется без участия организмов (продукты тектонической деятельности, метеориты)

4. Биокосное вещество – результат жизнедеятельности и абиогенных процессов (почвы).

Биосфера – многоуровневая система. Граница биосферы определяется областью распространения в атмосфере, гидросфере и литосфере. Верхняя граница – около 20 км на высоте, лимитирующий фактор – радиация, защита – озоновый слой. Нижняя граница в гидросфере на всей глубине мирового океана (10-11 км), в литосфере зависит от уровня проникновения воды (около 7,5 км).

Общая характеристика живого вещества: растения около 300 тыс видов, 99% биомассы, животные около 1,5 млн видов, 1% биомассы, из них 93% сухопутные, 7% водные; (95% — беспозвоночные, правило экологической пирамиды). Живое вещество – наиболее активный компонент биосферы, производит гигантскую геохимическую работу, способствуя преобразованию всех других оболочек земли в геологическом масштабе времени. Так, например, в результате фотосинтеза за год образуется 115 ·10⁹ млрд. т сухого органического вещества, 123 ·10⁹ т кислорода.

7.6 Круговорот веществ как главная функция биосферы

Благодаря круговороту возможно длительное существование и развитие жизни при ограниченном запасе доступных химических элементов.

Важнейшие круговороты: воды, кислорода, углерода, азота, серы, фосфора.

Круговорот воды. Полный цикл биотического круговорота 2,5 млн лет. Испарение с поверхности водоемов, перенос воздушными течениями на многие километры, выпадение в виде осадков на поверхность суши и океанов, разрушение горных пород, растворение минеральных веществ, которые становятся доступными для растений и микроорганизмов; вода обеспечивает все биохимические процессы, по цепи питания для всех организмов, стекает в водоемы, испаряется и т.д.

Круговорот углерода. Полный цикл 300 лет. Вся органика содержит С. Начинается с фиксации атмосферного СО₂ растениями в процессе фотосинтеза, образуются углеводы и др. органика, использующаяся растениями и животными, которые в процессе дыхания выделяют СО₂, при разложении мертвых организмов происходит окисление органики тоже с выделением СО₂, т.е. происходит возвращение углерода в атмосферу.

Круговорот азота: в фиксации атмосферного азота большую роль играют азотфиксирующие микроорганизмы и водоросли. Нитраты поступают в растения и используются для синтеза белка, который затем попадает к консументам. После отмирания живых организмов белок разлагается гнилостными микроорганизмами до аммиака, затем до нитратов, часть которых в результате деятельности денитрифицирующих бактерий разлагается до газообразного азота.

7.7 Основы учения о ноосфере

Ноосфера (noos — древнегреч. разум) – сфера человеческого разума, мыслящий пласт, оболочка, существующая в биосфере самостоятельно. Учение о ноосфере было разработано академиком В.И.Вернадским. Он считал, что с появлением человека начался качественно новый этап в развитии биосферы, заключающийся в разумном регулировании отношений человека и природы.

Положительные последствия воздействия человека: выведение новых пород домашних животных, сортов с/х растений, создание культурных биогеоценозов, разработка новых штаммов микроорганизмов для целей биотехнологии, сохранение исчезающих видов в заповедниках, в будущем – восстановление исчезнувших путем клонирования.

Отрицательные: потребление (часто нерациональное) природных ресурсов, которые делятся на восполняемые (леса, водные, животные, растения) и невосполняемые (полезные ископаемые – нефть, уголь, руды); загрязнение окружающей среды промышленными и бытовыми отходами, радиоактивными веществами, истребление видов растений и животных (сейчас около 600 видов позвоночных на грани полного истребления, например, киты, кенгуру, бегемоты); разрушение биогеоценозов.

8. Эволюция биосферы

8.1. Основные концепции эволюции. История развития эволюционного учения.

В истории развития эволюционного учения можно выделить несколько основных концепций, по-разному объясняющих происхождение и целесообразное устройство живого мира.

1. Креационизм– жизнь возникла в результате акта творения, все существующее в этом мире постоянно и неизменно.

2. Трансформизм – допускает некоторую изменчивость отдельных особей, но целесообразность – изначальное свойство организмов, данное богом.

3. Эволюционная теория Ламарка – признание исторического развития живого, но целесообразность – свойство, данное творцом.

4. Дарвинизм – эволюционная теория, изучающая общие закономерности развития органического мира; целесообразность в строении живых существ – результат борьбы за существование и естественного отбора.

5. Современная эволюционная теория как синтез дарвинизма и генетики.

Мыслители древности задумывались о происхождении и развитии жизни на Земле. Например, Фалес из Милета (5 век до нашей эры) считал, что общий источник всего живого – вода; Гераклит считал основой мира движение: «Все течет и ничто не остается постоянным»; Эмпедокл писал, что в основе всего существующего 4 физических принципа: огонь, воздух, вода и земля, ими управляют две силы – объединяющая (любовь) и разъединяющая (ненависть).

Доктрина абиогенеза (спонтанного самозарождения жизни) возникла в Древней Греции и господствовала вплоть до 18 века. Сущность: неживая материя, соединяясь с атомами огня (Демокрит) или с божественным активным началом (душой, Платон), образует живые существа. Аристотель высказывал идею о «лестнице существ», но без идеи о развитии от низшего к высшему.

Источник: studopedia.ru

Источник: www.chem21.info