Растительная клетка, ее строение
 Скачать 0.58 Mb.
|
|
о живой природе - трансформизм, допускающий возможность изменчивости видов под воздействием внешних условий. Ее последователями были Р. Гук, Д. Дидро и др. Открытие микроскопа, развитие эмбриологии и палеонтологии привело к созданию первой эволюционной теории Ж.Б. Ламарка. В труде «Философия зоологии» (1809 г.) он приводит многочисленные доказательства изменяемости видов и пытается раскрыть причины эволюционных процессов. Ламарк впервые включает в теорию фактор времени и условия внешней среды. Движущими силами эволюции он считал стремление организмов к совершенству и прямое влияние внешней среды на наследование признаков, приобретенных в течение жизни. Ж. Кювье, исследуя строение органов позвоночных животных, установил, что все органы животного представляют собой части одной целостной системы и ни одна часть тела не может измениться без изменения других частей. Это явление он назвал принципом корреляции. Кювье-также выдвинул теорию катастроф, согласно которой причиной вымирания были периодически происходившие крупные геологические катастрофы, уничтожавшие на больших территориях животных и растения. Множество крупных открытий в естествознании, накопленный экспедиционный материал послужили предпосылками создания эволюционного учения английским ученым Ч. Дарвиным. Он изложил свои взгляды на эту проблему в своем труде «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859 г.). Эволюционное учение Дарвина Ч. Дарвин доказал, что огромное многообразие видов, населяющих Землю, образовалось благодаря постоянно возникающим в природе разнонаправленным наследственным изменениям и естественному отбору. Способность организмов к интенсивному размножению, и одновременное выживание немногих особей привели Дарвина к мысли о наличии между ними борьбы за существование, следствием которой является выживание организмов, наиболее приспособленных к конкретным условиям среды и вымиранию неприспособленных. Движущие силы эволюции: * Борьба за существование - совокупность многообразных и сложных взаимоотношений, существующих между организмами и условиями среды. Различают борьбу внутривидовую (между особыми одного вида), межвидовую (между особями разных видов) и борьбу с неблагоприятными условиями. Внутривидовая борьба является наиболее острой, так как особи одного вида имеют сходные потребности для выживания. * Естественный отбор - процесс избирательного воспроизведения организмов, происходящий в природе, в результате которого в популяции возрастает доля особей с полезными Дли вида признаками и свойствами в конкретных условиях среды. Творческая роль отбора заключается в том, что в процессе эволюции он сохраняет и накапливает из разнонаправленных мутаций наиболее соответствующие условиям среды и полезные для вида. * Наследственная изменчивость, (мутационная или генотипическая) связана с изменением генотипа особи, поэтому возникающие изменения наследуются. Она является материалом для естественного отбора. Дарвин назвал эту наследственность неопределенной. Источником наследственной изменчивости являются мутации. Образование новых видов начинается в популяциях, насыщенных постоянно возникающими мутациями, которые при свободном скрещивании приводят к изменениям генотипов и фенотипов. Изменение условий существования ведет к расхождению признаков среди особей данной популяции, к дивергенции. Исходная популяция образует группу форм, имеющих различную степень отклонений признаков. Отдельные организмы с измененными признаками способны осваивать новые места обитания, увеличивать свою численность. При движущем отборе наибольшие возможности выжить и оставить плодовитое потомство имеют особи с крайними, контрастными отклонениями. Промежуточные формы больше контактируют и быстрее вымирают. Так в исходной популяции возникают новые группы особей, из которых вначале образуются новые популяции, а затем, при последующей дивергенции, новые подвиды и виды. Принцип дивергенции объясняет происхождение многообразия жизненных форм. Согласно общепринятой классификации, систематической единицей живых организмов является вид. Вид - это группа особей, сходных по строению, происхождению и характеру физиологических процессов; свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство. Особи одного вида имеют одинаковые приспособления к жизни в определенных условиях. Любой вид, состоящий из одной или нескольких популяций, представляет собой единое целое. Целостность достигается связями между особями вида: заботой о потомстве, общением через различные сигналы, совместной защитой от врагов, скрещиванием. Целостность достигается и биологической изоляцией - обособленностью от других видов (особи разных видов, как правило, не скрещиваются). Все это характеризует вид как надорганизменную систему. Критерии вида: * Морфологический - сходство внешнего и внутреннего строения особей. * Физиологический - сходство процессов жизнедеятельности, сроков размножения. * Географический - занимаемый особями вида ареал (территория) характерен для всех особей вида. Он может быть большим или маленьким, прерывистым или сплошным * Экологический - ниша, занимаемая особями одного вида внутри ареала, обусловленная определенными экологическими условиями (влажностью, температурой и т.д.). * Генетический - главный критерий. Это характерный для каждого вида набор хромосом, их определённое число, размеры и форма. Особи разных видов имеют разные наборы хромосом и поэтому не могут скрещиваться, т. к. невозможна конъюгация при мейозе. При установлении видовой принадлежности правильно характеризует вид вся совокупность критериев. Антропогенез На научную основу вопрос о происхождении человека впервые поставил Дарвин. В труде «Происхождение человека и половой отбор» (1871 г.) он показал, что человек имеет животное происхождение и характеризуется большим сходством с современными человекообразными обезьянами. Это подтверждают общность строения осевого скелета, конечностей, всех основных систем органов, внутриутробное развитие зародыша. Отличие млечных желез, диафрагмы, рудиментов (остатки третьего века в углу глаз, копчиковый отдел позвоночника, аппендикс) и атавизмов (сильно развитый волосяной покров, многососковость и др.). В эмбриональном развитии человека есть черты, характерные для всех представителей типа Хордовые: хорда, нервная трубка, жаберные дуги. Осевой скелет, представленный позвоночником, две пары конечностей определяют принадлежность человека к подтипу Позвоночные. Четырехкамерное сердце, теплокровность, млечные железы, зубы трех видов и др. свидетельствуют о принадлежности человека к классу Млекопитающие. С отрядом Приматы человека объединяют многие признаки: конечности хватательного типа (большой палец кисти противопоставлен остальным), ногти на пальцах, одна пара сосков млечных желез, хорошо развитые ключицы, замена молочных зубов на постоянные в процессе онтогенеза. Наряду со сходством человек имеет ряд особенностей, отличающих его от обезьян. К ним относятся: прямохождение, наличие свода стопы и четырех изгибов позвоночника, наличие подбородочного выступа, преобладание мозгового отдела черепа над лицевым, большой объем головного мозга с развитой корой больших полушарий. Человека отличают членораздельная речь, абстрактное мышление, способность изготовлять и пользоваться орудиями труда. Эволюция человека (антропогенез) - исторический процесс становления человека, происходит под влиянием двух групп факторов — биологических и социальных. Биологические факторы на ранних этапах развития человека имели решающее значение. Благодаря им человек претерпел ряд морфологических изменений скелета, способствующих прямохождению. К ним относятся: изгибы позвоночника, высокий свод стопы, расширенный таз, прочный крестец. К социальным факторам эволюции относятся труд и общественный образ жизни. Развитие трудовой деятельности уменьшило зависимость человека от окружающей природы, расширило его кругозор и привело к ослаблению действия биологических закономерностей. Главным признаком трудовой деятельности человека являются способность изготавливать орудия труда и использовать их для достижения своих целей. Рука человека - не только орган труда, но и ею продукт. Развитие речи привело к возникновению абстрактного мышления, рели морфологические и физиологические, особенности человека передаются по наследству, то способности к коллективному труду, мышлению и речи и пр. наследству не передаются. Эти специфические качества человека исторически возникли и совершенствовались под действием социальных факторов и развиваются у каждого человека только в обществе, благодаря воспитанию и обучению. Этапы эволюции человека: * Дриопитеки и древесные обезьяны, вымершая ветвь приматов, дали начало современным шимпанзе, горилле и человеку. Лазание по деревьям способствовало противопоставлению большого пальца руки, развитию плечевого пояса, развитию двигательных отделов головного мозга, бинокулярного зрения. * Австралопитеки - обезьяноподобные животные. Жили стадами примерно 10 млн лет назад, ходили на двух ногах, имели массу мозга 550 г при весе 20-50 кг. Их останки обнаружены в Южной Африке. * Человек умелый - более близки к человеку, чем австралопитеки, имели массу мозга около 650 г, умели обрабатывать гальку с целью изготовления орудий. Жили около 2-3 млн лет назад. * Древнейшие люди возникли около 1 млн лет назад. Известно несколько форм: питекантроп, синантроп, гейдельбургский человек и др. У них были мощные надглазничные валики, низкий покатый лоб и отсутствовал подбородочный выступ. Масса мозга достигала 800—1000 г. Они могли, пользоваться огнем. * Древние люди - неандертальцы. К ним относятся люди, появившиеся около 200 тыс. лет назад. Масса мозга достигала 1500 г. Неандертальцы умели добывать огонь и использовать его для приготовления пищи, пользовались каменными и костяными орудиями труда, обладали зачаточной, членораздельной речью. Останки их найдены в Европе, Африке и Азии. * Современные люди - кроманьонцы. Появились около 40 тыс. лет назад. Объем, их черепной коробки - 1600 г. Сплошной надглазничный валик отсутствовал. Развитый подбородочный выступ указывает на развитие членораздельной речи. Основы селекции Одним из основоположников селекции является Ч. Дарвин, раскрывший роль наследственной изменчивости и искусственного отбора в создании новых пород и сортов. Селекция - наука о создании новых и улучшении существующих пород домашних животных, сортов культурных растений и штаммов микроорганизмов. Порода (сорт) - это искусственно созданная человеком популяция, которая характеризуется полезными для человека наследственными особенностями, высокой продуктивностью и своими морфологическими и физиологическими признаками. Появление пород домашних животных и сортов культурных растений стало результатом искусственного отбора, проводимого человеком. Животные и растения, выведенные человеком, имеют общие черты, резко отличающие их от диких видов, У культурных форм сильно развиты отдельные признаки, бесполезные или вредные для существования в естественных условиях, но полезные для человека. Например, способность кур давать 300 и более яиц в год лишена биологического смысла, т. к. такое количество яиц курица не может насиживать. Все современные домашние животные и культурные растения произошли от диких предков. Успех селекционной работы зависит от генетического разнообразия исходной группы растений или животных. При выведении новых сортов растений или пород животных очень важны поиски и выявление полезных признаков у диких предков. В развитие селекции как науки большой вклад внес русский ученый Н. И. Вавилов. Он организовал многочисленные экспедиции по всему миру с целью накопления семенного материала, который был использован в селекционной работе. Вавилов выделил 7 центров происхождения культурных растений на Земле, которыми являются в основном горные районы, древние очаги земледелия, характеризующиеся многообразием видов. Центры происхождения культурных растений: 1. Южноазиатский: рис, сахарный тростник, цитрусовые; 2. Восточноазиатский: просо, гречиха, корнеплоды, груши, яблони, сливы; 3. Юго-Западноазиатский: пшеница, бобовые, виноград, тыквенные; 4. Средиземноморский: капуста, оливки, соя; 5. Эфиопский: зерновые, кофе; 6. Центральноамериканский: кукуруза, какао, табак, арахис; 7. Южноамериканский: картофель, ананас. Методы селекции Гибридизация - это скрещивание организмов разных пород. Различают гибридизацию двух видов. Близкородственное скрещивание (инбридинг) позволяет перевести рецессивные гены в гомогаметное состояние и вывести чистые линии. Неродственное скрещивание, позволяющее объединить в одном организме признаки разных форм. Последнее скрещивание может быть внутривидовым (скрещивание особей одного вида) и отдалены и скрещивание особей разных видов и родов. При таких неродственных скрещиваниях в первом поколении гибридов повышается их жизнеспособность и наблюдается мощное развитие (гетерозис). Отбор - выделение для размножения ценных форм. В селекции растений проводят два вида отбора. Массовый отбор - выделение группы особей, сходных по фенотипу, но дающих расщепление в потомстве. Индивидуальный отбор - выделение единичных форм и раздельное выращивание потомства каждой особи, который приводит к созданию чистых линий (потомство одной самоопыляемой особи). В селекции животных применяемся только индивидуальный отбор, потомство животных чаще всего малочисленна. При отборе животных необходимо учитывать развитие экстерьерных признаков (телосложение, соотношение частей тела), их связь с признаками продуктивности породы (молочность у коров, яйценоскость кур). Искусственный мутагенез - действие на организм мутагенами, в качестве которых используются некоторые химические вещества, ультрафиолетовые и рентгеновские лучи и др. Эти воздействия нарушают строение молекул ДНК и служат причиной мутаций, ведущих к наследственной изменчивости. Основы экологии. Биогеоценоз Биогеоценоз (экосистема) - совокупность, взаимосвязанных между собой популяций разных видов, длительно обитающих на определенной территории с относительно одинаковыми условиями. Примеры экосистем - луг, водоем, дубрава. Живые организмы находятся в постоянном взаимодействии друг с другом и с факторами неживой природы. Видовой состав данной местности определяется историческими и климатическими условиями, а взаимоотношения организмов друг с другом и окружающей средой, характером их питания. Основные взаимоотношения между организмами - пищевые. По типу питания организмы делятся на две группы: * автотрофные, использующие солнечную энергию и неорганические вещества, для синтеза органических. К ним относятся растения, сине-зеленые водоросли, некоторые бактерии. * гетеротрофные - нуждающиеся в готовой органической пище. Это грибы, животные и многие бактерии. Биогеоценоз - открытая, динамичная, устойчивая и саморегулирующаяся система. Она включает в себя следующие обязательные компоненты: * неорганические и органические в-ва; * автотрофные организмы - продуценты органических веществ: * гетеротрофные организмы - консументы являются потребителями готовых органических веществ. Консументы первого порядка - травоядные - питаются растениями, консументы второго порядка питаются животными; * редуценты - организмы, разлагающие остатки мертвых организмов, превращая их из органических соединений в простые неорганические вещества. Продуценты, консументы, редуценты объединены переносом веществ и энергии и представляют трофические уровни биогеоценоза. Представители разных трофических уровней связаны между собой односторонне направленной передачей биомассы. Ряд взаимосвязанных видов, из которых каждый предыдущий служит пищей последующему, носит название цепи питания. Цепи питания состоят из нескольких звеньев, т. к. в них включены растения, травоядные, хищники, паразиты и микроорганизмы. По правилу экологической пирамиды каждое последующее звено теряет около 90% энергии, таким образом, в биогеоценозе численность жертв гораздо больше численности их потребителей. В биогеоценозе существует замкнутый круговорот веществ. Продуценты (растения) вовлекают неорганические вещества в круговорот, консументы перемещают вещества, а редуценты возвращают вещества в неживую природу. Источником энергии этого круговорота служит световая энергия солнца, которая в биогеоценозе преобразуется в химическую, механическую и тепловую энергию. Для характеристики биогеоценоза (экосистемы) используются показатели: * видовое разнообразие - число видов, населяющих экосистему; * плотность популяций - число особей одного вида на единицу площади или объема; * биомасса - общее количество органического вещества всей совокупности особей с заключенной в нем энергией. Взаимоотношения между видами в экосистеме: 1. Взаимоотношения «хищник - жертва», когда особи одних видов питаются особями других видов, при этом хищник имеет приспособления к добыче жертвы. 2. Взаимоотношения «хозяин - паразит», когда особи одних видов (паразиты) существуют за счет других (хозяина), используя их как среду обитания и источник пищи. 3. Симбиотические отношения - взаимовыгодные отношения между особями разных видов (микориза - симбиоз гриба и растения, лишайник — симбиоз гриба и водоросли). 4. Межвидовая конкуренция, т. е. конкуренция между особями различных видов за доступные ресурсы (пищу, пространство, убежище). 5. Внутривидовая конкуренция, т. е. конкуренция между близкими в своих потребностях особями одного вида. Все перечисленные взаимоотношения обеспечивают совместное существование видов биогеоценоза, превращая их в стабильные саморегулирующиеся сообщества. Саморегуляция в экосистеме - это механизм поддерживания на определенном уровне соотношения биомассы продуцентов, консументов и редуцентов. Совместное существование особей ведет не к полному уничтожению их друг другом, а лишь ограничивает численность. Колебание численности особей в популяции около одного уровня является важным условием сохранения экосистемы. Препятствует чрезмерному возрастанию численности популяций уничтожение особей другими членами экосистемы или их гибель от неблагоприятных факторов. Например, резкое возрастание численности насекомых в силу их высокой плодовитости при благоприятных погодных условиях приводит к возрастанию численности организмов, питающихся насекомыми. Так экосистема приходит в равновесие. Агроценоз Агроценоз - искусственный биогеоценоз, появившийся в результате сельскохозяйственной деятельности человека. Примеры: сад, пастбище, поле. Сходство агроценоза и биогеоценоза выражается в том, что оба имеют производителей, потребителей и разрушителей органического вещества, которые обеспечивают круговорот веществ и поток энергии. Обитатели агроценоза также связаны цепями питания, начальным звеном которых являются растения. Однако между природным сообществом и агроцемозом существуют различия. Агроценоз слагается из небольшого числа видов, как правило, в нем преобладают организмы одного вида (например, пшеница в поле, овцы на пастбище). Цепи питания агроценоза короткие. Круговорот веществ неполный, значительная часть биомассы в виде урожая выносится за пределы агроценоза. Слабо выраженная саморегуляция в агроценозе делает его неустойчивым. В искусственных биоценозах компоненты подбираются исходя из хозяйственной ценности. Здесь ведущую роль играет искусственный отбор, путем которого человек стремится получить максимальную продуктивность (урожай). Источником энергии в агроценозе, так же как в биогеоцензе, служит солнечная энергия, однако высокая продуктивность обеспечивается в значительной степени за счет внесения удобрений. Высокая продуктивность культурных растений достигается также благодаря учету их биологических потребностей (в питательных веществах, тепле, влаге, защите от вредителей). Важным условием получения высоких урожаев является своевременное проведение сельскохозяйственных работ. В целом агроценозы дают высокую биологическую продуктивность благодаря непрерывному вмешательству и поддержке человека, без его участия они существовать не могут. Учение о биосфере Термин «биосфера» предложен в 1875г. австрийским геологом Э. Зюссом. В начале XX в. В.И. Вернадский разработал учение о биосфере. Согласно Вернадскому, биосфера - оболочка Земли, населенная живыми организмами, активно ими преобразуемая. Жизнедеятельность организмов - это мощнейший фактор планетарного масштаба, обеспечивающий постоянный биогенный поток атомов из организмов в среду и обратно, который не прекращается ни на секунду. Эта миграция была бы невозможна, если бы элементарный химический состав организмов не был близок химическому составу земной коры. Живые организмы распределены в пределах биосферы неравномерно. Жизнь сосредоточена главным образом на границе соприкосновения литосферы, гидросферы и атмосферы, т. е. на поверхности суши и океана. Биомасса океана составляет примерно 0,13% биомассы суши. Это связано с меньшей эффективностью фотосинтеза в растениях Мирового океана. Использование лучистой энергии Солнца на площади Мирового океана равно 0,04%, на суше - 0,1%. Вернадский выделил в биосфере несколько типов веществ: живое вещество - биомасса всех живых организмов, биогенное вещество - вещество, созданное живыми организмами (нефть, газ), косное вещество - вещество, образованное без участия живых организмов (вода, песок и т.д.), и биокостное вещество - вещество, созданное одновременно живыми организмами и неживой природой (почва). Главную роль в биосфере играет живое вещество или биомасса живых существ. Живое вещество планеты составляет ничтожную часть планеты, но оно является мощным геохимическим и энергетическим фактором. Функции живого вещества: * газовая - поддержание постоянного газового состава атмосферы (кислород пополняется за счет фотосинтеза в растениях, углекислый газ - за счет дыхания организмов); * концентрационная - способность живого вещества активно поглощать из внешней среды и накапливать определенные элементы, приводящая к образованию полезных ископаемых (уголь - концентрированный углерод, мел - кальций и др.); * окислительно-восстановительная способность, благодаря которой осуществляется круговорот веществ в биосфере (бактерии-хемосиликаты). |