СанктПетербург тесса 2009
 Скачать 7.63 Mb.
|
|
Российский государственный педагогический университет имени А.И.Герцена Горбунов П.С. Иудина Т.А. для студентов биологических специальностей Санкт-Петербург ТЕССА 2009 Печатается по решению кафедры зоологии Российского государственного педагогического университета имени А.И.Герцена (протокол №1 от 31.08.09). Горбунов П.С., Иудина Т.А. Практикум по общей биологии (для студентов биологических специальностей). Учебное пособие. 3-е изд. испр. и доп. – СПб: ТЕССА, 2009. – 180 с. Учебное пособие предназначено для самостоятельной работы студентов при изучении учебной дисциплины «Общая биология». Руководство охватывает все разделы дисциплины и дает отчетливое представление о развитии органического мира. В пособие собраны различные задания, упражнения, вопросы для размышлений, таблицы и схемы для заполнения и сравнения, биологические задачи, методические рекомендации для выполнения лабораторного практикума. Библиогр. 5 назв., ил. 170. Рецензенты: Анисимов А.И., доктор биологических наук, профессор (ГАУ) Карпов С.А., доктор биологических наук, профессор (РГПУ) Озерский П.В., кандидат биологических наук, доцент (РГПУ) ISBN 5-94086-053-2 © Горбунов П.С., Иудина Т.А., 2009 © «ТЕССА», 2009 2 Светлой памяти нашего учителя К.М. СУХАНОВОЙ посвящается В В Е Д Е Н И Е Биология (от греч. биос – жизнь и логос – слово) – это наука об общих закономерностях существования и развития живых систем. Дословный перевод «наука о жизни» был бы не совсем корректный, ибо «жизнь» не существует сама по себе – это лишь специфическое свойство определенных систем, называемых «живыми». Живое отличается необычайным разнообразием, оно представлено неисчислимым множеством видов живых существ. На Земле известно более 3 000 видов прокариот (эубактерий и архебактерий), более 450 000 видов растений и грибов и более 1.5 млн. видов животных. Выявление и объяснение общего, одинаково верного для всего многообразия организмов – задача общей биологии. Данное учебное пособие предназначено для самостоятельной работы студентов при изучении учебной дисциплины «Общая биология». Руководство охватывает все разделы дисциплины и несколько превышает предусмотренный программой минимум, что дает возможность варьировать в некоторой степени содержание занятий в зависимости от местных условий. С другой стороны, студенты особо интересующиеся биологией смогут глубже изучить тот или иной биологический материал. При составлении пособия авторы стремились к тому, чтобы весь планомерно излагаемый материал был подчинен одной общей идее – на конкретном, по возможности живом материале дать отчетливое представление о развитии органического мира. В пособие собраны различные задания, упражнения, вопросы для размышлений, таблицы и схемы для заполнения и сравнения, биологические задачи, методические рекомендации для выполнения лабораторного практикума. Выполнение этих заданий поможет вам закрепить и конкретизировать знания по общей биологии, а также правильно применять полученные знания, экспериментировать, наблюдать за проявлением общих закономерностей живых систем. 3 При выполнении заданий соблюдайте следующие правила: 1. Заведите специальную тетрадь для самостоятельной работы и альбом для выполнения биологических рисунков. 2. Изготовление биологических рисунков – обязательное условие прохождения лабораторного практикума. Рисунки делаются со всех типов препаратов, включая электронограммы. Рисование препаратов позволяет обращать внимание на детали, которые ускользают от поверхностного взгляда: рассматривание препаратов превращается при этом в активный процесс исследования. Создание рисунка позволяет, помимо прочего, документировать собственные наблюдения и возвращаться к ним позднее для повторения материала и более глубокого изучения объекта. 3. Прежде чем выполнить задание (решить биологическую задачу), внимательно прочтите условие, определите, какие данные, необходимые для получения правильного ответа, содержатся в самом условии. 4. Если вы почувствуете, что ваши знания недостаточны для выполнения задания, то не спешите обращаться за помощью к преподавателю, постарайтесь сами разобраться, а для этого: внимательно рассмотрите упомянутых в задании живых объектов и выполните до конца наблюдения с ними; тщательно продумайте результаты наблюдений; после этого изучите рекомендованную литературу и найдите там ответы на вопросы. 5. Контрольные задания выполняйте аккуратно, правильно и сдавайте преподавателю для проверки и оценки в точно установленный срок. 6. Рекомендуемая литература: 1. Биология. В 2-х кн. /Под ред. В.Н. Ярыгина. – М.: Высш. шк., 2001. 2. Биология. Современный курс /Под ред. А.Ф. Никитина. – СПб: СпецЛит, 2006. 3. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология: В 3-х т.: Пер с англ. /Под ред. Р.Сопера. – М.; Мир, 1990. 4. Общая биология /Под ред. В.К. Шумного, Г.М. Дымщица и А.О. Рувинского. – М.: Просвещение, 2001. 5. Основы общей биологии /Под общей ред. Э. Либберта. – М.: Мир, 1982. 6. Пехов А.П. Биология с основами экологии. – СПб: Лань, 2005. 4 Знакомство с устройством биологического микроскопа 1. Устройство биологического микроскопа. Обратите внимание на основные системы микроскопа: механическую, оптическую, осветительную. Для лучшего усвоения материала сравните изображение микроскопа на рисунке 1 с микроскопом, стоящим перед вами. Постарайтесь найти все указанные детали микроскопа и научитесь работать с ним. Механическая система микроскопа служит для фиксации и перемещения различных приспособ- лений. В ее состав входит несколько частей. Массивное основание микро- скопа, или подставка, обеспечивает прибору необходимую устойчивость на поверхности рабочего стола. К основанию прикреплена коробка с микрометрическим механизмом, с которой подвижно соединен тубу- содержатель. К тубусодержателю при- соединяется головка, в гнезде которой с помощью стопорного винта под- вижно фиксирована бинокулярная насадка с тубусами. Снизу головки прикреплена револьверная пластинка, или револьвер, в гнезда которой ввинчиваются объективы. Столик микроскопа, или предметный столик, имеющий от- верстие в середине, служит для размещения изучаемого объекта – микропрепарата, который фиксиру- ется с помощью зажима и пере- мещается с помощью рукоятки препа- ратоводителя. Рис. 1. Внешний вид микроскопа 1 – бинокулярная насадка; 2 – тубус; 3 – объектив; 4 – тубусодержатель; 5 – макрометрический винт; 6 – микрометрический винт; 7 – осветитель и конденсор; 8 – предметный столик с препаратоводителем На боковой поверхности тубусодержателя находится рукоятка макрометрического винта, или кремальеры, вращая которую можно быстро опускать и поднимать тубусодержатель (вместе с тубусами) и таким образом осуществлять грубую фокусировку. В основании микроскопанаходится рукоятка микрометрического винта, при вращениикоторой можно плавно поднимать и опускать предметный столик и, таким образом осуществлять 5 точную фокусировку. Микрометрическим механизмом следует пользоваться лишь приработе с большим увеличением микроскопа. Ближе к передней поверхности коробки находится рукоятка конденсатора, с помощью которой опускают и поднимают конденсор, имеющий отношение к осветительной системе микроскопа. Оптическая система микроскопа служит для получения увеличенного изображения исследуемого материала и состоит из окуляров, вставленных в отверстия тубусов, и объективов, ввинченных в гнезда револьверной пластинки. В практической работе студентов обычно используются окуляры, дающие увеличение в 7, 10, 15 раз (х7, х10, х15), а также объектив малого увеличения (х8), большого увеличения (х40) или (х90). Осветительная система микроскопа служит для направления световых лучей на исследуемый объект и состоит из подвижного зеркала и конденсора, который фиксируется с помощью винта. Вращением зеркала, имеющего две поверхности (плоскую и вогнутую), световые лучи направляются в конденсор, представляющий собой систему линз, собирающих лучи и направляющих их в объектив (через отверстие в предметном столике и исследуемый объект). При недостаточно ярком источнике освещения (например, применяя искусственный свет) следует пользоваться вогнутой поверхностью зеркала, которая сильнее концентрирует лучи света. Конденсор снабжен апертурной диафрагмой, вмонтированной в его нижнюю часть, которая также помогает регулировать освещенность объекта исследования. Это достигается перемещением специальной ручки, меняющей величину отверстия диафрагмы и таким образом регулирующей величину проходящего через нее светового потока. Кроме того, интенсивность освещенности объекта можно регулировать перемещением конденсора вверх и вниз с помощью рукоятки. При перемещении конденсора вверх освещенность объекта увеличивается, при перемещении вниз – уменьшается. 2. Установка микроскопа в рабочее положение. Установите микроскоп на поверхности рабочего стола против своего левого плеча (тубусами к себе, предметным столиком от себя). Поворотом револьверной пластинки поставьте объектив малого увеличения (х8) над отверстием предметного столика таким образом, чтобы он занимал срединное (центрированное) положение по отношению к тубусам (при этом срабатывает защелкивающий механизм). С помощью рукоятки макрометрического винта установите расстояние между объективом и поверхностью предметного столика около 1 см. Следует помнить, что изучение любого препарата начинается с использования объектива малого увеличения. Откройте полностью 6 апертурную диафрагму под конденсором и поднимите конденсор вверх до упора. Глядя в окуляры и одновременно вращая в разных направлениях вогнутое зеркало, нужно добиться яркого и равномерного освещения всего поля зрения. Установленное освещение должно сохраняться до конца работы с микроскопом. Если же оно случайно будет нарушено, то всю процедуру наведения света нужно повторить с самого начала, используя объектив малого увеличения. Обратите внимание на ошибки, возникающие при самостоятельной работе с микроскопом: а) все поле зрения затемнено, причиной чего является недостаточный световой поток, поступающий в объектив (это легко устраняется максимальным открытием диафрагмы и вращением вогнутого зеркала до появления яркого освещения); б) часть поля затемнена, а часть — освещена, т.е. объектив не занял фиксированного положения в гнезде (для исправления нужно повернуть револьвер до упора, после легкого щелчка объектив займет фиксированное положение). Помните, что микроскоп является точным прибором и требует бережного отношения. При работе с ним необходимо соблюдать определенные правила: - при переносе микроскопа с одного места на другое следует держать его одной рукой за тубусодержатель, а другой — за основание; - рукоятку микрометрического винта нельзя грубо вращать (при одном обороте винта столик перемещается на 0,1 мм, что вполне достаточно для точной фокусировки); - при переводе объектива револьверную пластинку следует вращать плавно, не допуская повреждения защелкивающего механизма, обеспечивающего центрированное положение объектива. Техника исследования с помощью микроскопа 1. Установите микроскоп в рабочее положение. 2. Приготовьте временный микропрепарат волокон ваты: на поверхность предметного стекла нанесите пипеткой каплю воды, в которую с помощью пинцета поместите несколько волокон ваты; возьмите покровное стекло (двумя пальцами за уголки), опустите его одним краем до соприкосновения с каплей, а затем медленно накройте препарат. 7 3. Изучите микропрепарат волокон ваты с использованием объективов малого (х8) и большого (х40) увеличения: - с помощью рукоятки макрометрического винта поднимите тубус с центрированным объективом х8 и поместите приготовленный препарат в центре предметного столика. Опустите конденсор, оставляя диафрагму открытой; - вращая рукоятку макрометрического винта от себя и глядя на препарат сбоку (чтобы не раздавить его), опустите объектив почти до соприкосновения его нижней линзы с покровным стеклом; - глядя в окуляры и вращая рукоятку винта на себя, медленно поднимайте объектив до появления резкого изображения объекта (фокусное расстояние составляет 5–8 мм). Если после прохождения фокусного расстояния не удалось увидеть изучаемый объект (волокна ваты), работу следует повторить, начиная с предыдущего пункта. При необходимости микроскоп можно сфокусировать вначале на край покровного стекла, а затем разыскать объект, осторожно передвигая препарат; - изучая препарат при малом увеличении, рассмотрите перекрещивающиеся волокна ваты и лежащие между ними пузырьки воздуха (образования с четкими темными контурами, имеющие округлую или неправильную форму); - передвигая препарат, найдите подходящий участок (например, перекрест двух отдельных волокон) для дальнейшего изучения с использованием объектива большого увеличения. Поставьте этот участок точно в центр поля зрения; - осторожным вращением револьверной пластинки поставьте в рабочее положение объектив большого увеличения (х40), поднимите конденсор вверх до упора; - глядя в окуляры, убедитесь в появлении относительно резкого изображения объекта медленно (в противном случае, медленно поднимайте тубус плавным вращением рукоятки макрометрического винта на себя), и используйте рукоятку микрометрического винта для установления более точной фокусировки (эту рукоятку вращают в обе стороны не более чем на пол-оборота). Если после прохождения фокусного расстояния (около 1 мм) не удалось увидеть изучаемый объект, работу следует повторить, начиная с предыдущего пункта. Необходимо помнить, что выбранный участок препарата может оказаться вне поля зрения, если 8 он недостаточно центрирован. Изучая выбранный участок препарата под большим увеличением, можно при необходимости передвигать его, пользуясь рукояткой для перемещения диска столика; - закончив изучение препарата, необходимо вращением рукоятки макрометрического винта поднять тубус микроскопа и вращением револьверной пластинки ввернуть объектив малого увеличения. Лишь после этого препарат может быть снят с предметного столика. Ни в коем случае не следует снимать препарат со столика при опущенном объективе большого увеличения (это ведет к порче препарата и линзы объектива). После окончания работы микроскоп необходимо закрыть специальным чехлом. Микроскопы хранят в закрытых от пыли шкафах. Правила оформления лабораторной работы 1. Рисовать можно только простым карандашом, желательно на одной стороне листа, так как рисунки, сделанные на обеих сторонах, накладываются друг на друга и со временем портятся. 2. До начала зарисовки вверху страницы следует записать название темы, а для рисунка его название. 3. Рисунок должен быть крупным, детали хорошо различимыми. На одной странице не должно быть более 3-4 рисунков, если объекты простые; если объект сложный и крупный, делают только один рисунок на странице. 4. Главное требование к рисунку – правильное отображение формы, соотношения объема и размеров (длина, ширина и др.) отдельных частей и целого. Чтобы легче добиться этого, сначала нарисуйте общий контур объекта (крупно), затем внутри контура слегка наметьте контуры остальных деталей и лишь после этого вырисовывайте их четко. 5. Правильное отражение соотношения размеров изучаемого объекта позволит выполнить и второе требование – показать индивидуальные особенности объекта, т.е. зарисовать не абстрактную, а конкретную клетку, организм и т.д. Контуры объекта и отдельных частей передаются контурными линиями. Необходимо следить за пропорциональностью толщины контурных линий. Наименее заметные детали строения изображаются тонкими линиями, наиболее существенные – толстыми. Фон цитоплазмы клеток и отдельных 9 включений изображаются с помощью тонировки этих мест рисунка точками. Правильно подобранное соотношение густоты точек хорошо передает фактуру изображаемого объекта. 6. Вокруг рисунка не нужно рисовать контуров поля зрения микроскопа. 7. К каждому рисунку обязательно должны быть сделаны обозначения его отдельных частей. Надписи к рисунку выполняются простым карандашом или авторучкой. Обозначения можно делать двумя способами: а) к отдельным частям объекта ставят стрелочки и против каждой пишут название. Все надписи должны быть расположены параллельно друг другу; б) к отдельным частям объекта ставят стрелочку и против каждой пишут определенную цифру, затем сбоку от рисунка или под ним столбиком по вертикали пишут цифры, а против цифр – название. 8. Если работа выполнена правильно, в конце занятия ее подписывает преподаватель. Если работа не соответствует предъявляемым требованиям, ее необходимо переделать. Контрольные задания 1. Назовите основные конструктивные части микроскопа и укажите их назначение. 2. Как и в каком порядке, необходимо соблюдать правила работы с микроскопом? 3. В какой последовательности проводиться приготовление временного препарата? 4. Перечислите основные правила оформления практических работ. 10 Часть 1 . ОРГАНИЗАЦИЯ ЖИЗНИ И ЕЕ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Сущность и субстрат жизни. Основные свойства живого (аксиомы теоретической биологии). Системность и организованность жизни (молекулярно-генетический, онтогенетический, популяционно-видовой, экосистемный уровни организации). Основные черты и этапы истории жизни на Земле. Предпосылки и этапы возникновения жизни. Основные этапы эволюции растений и животных. Биоразнообразие. Вирусы. Прокариоты (эубактерии, архебактерии). Эукариоты (растения, животные, грибы). опросы для повторения и обсуждения В 1. Перечислите характерные особенности жизни. В чем проявляется системность и организованность жизни? 2. Как вы считаете, почему необходимо выделять различные уровни организации живой материи? Какое практическое значение имеет изучение уровней организации? 3. Укажите критерии выделения различных уровней организации органической материи. Докажите несводимость основных уровней организации живого друг к другу. 4. Почему приходится говорить о неизбежности эволюционного развития жизни? 5. Сопоставьте предполагаемые пути возникновения жизни на Земле. В чем состоят нерешенные вопросы разных гипотез происхождения жизни? 6. Используя знания о путях распространения вирусных и бактериальных инфекций, предложите пути предотвращения заболевания. 1.1. Сущность, субстрат, свойства и уровни организации живого Контрольные задания 1. Живые организмы отличаются от неживых систем сложностью и структурной и функциональной упорядоченностью. Выявите черты сходства и отличия живых организмов от объектов неживой природы. Ответ проиллюстрируйте примерами. 11 2. Мир живой природы представляет собой совокупность биологических систем разного уровня организации, которые находятся в непрерывном взаимодействии. Раскройте взаимосвязь различных уровней структурной организации животного мира. Ответ проиллюстрируйте примерами. 3. Почему сложно дать определение понятия жизнь? Проанализируйте некоторые из определений жизни и выскажите свое мнение. «Жизнь - есть способ открытых коллоидных систем, содержащих в качестве своих обязательных компонентов соединения типа белков, нуклеиновых кислот и фосфор-органических веществ, обладающих свойствами саморегулирования и развития на основе накопления и преобразования веществ, энергии и информации в процессе взаимодействия таких систем с окружающей средой» - А. Мамзин; «Система может быть названа живой, - если в ней закодирована передаваемая по наследству информация, если информация претерпевает изменения, и если изменения информации наследуются» - К. Уоддингтон; «Жизнь - есть частичное, непрерывное, прогрессирующее, многообразное и взаимодействующее со средой саморегуляция потенциальных возможностей электронных состояний атомов» - Дж. Бернал; «Жизнь - есть способ существования гетерогенного материального субстрата, универсальность и уникальность которого обусловливает целесообразное самовоспроизведение всех форм органического мира в их единстве и многообразии» - М. Чепиков; «Жизнь - способ саморазвития целостной иерархической системы с целью повышения надежности существования систем всех уровней от биосферы до отдельных организмов в условиях непрерывного энергетического, вещественного, информационного воздействия» - В. Савенков; «Жизнь - есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней средой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка» - Ф. Энгельс; «Жизнь - это активное, идущее с затратой энергии поддержание и воспроизведение специфической структуры» - Б. Медников. 4. Проанализируйте аксиомы теоретической биологии как одну из наиболее удачных попыток охарактеризовать особенности живых организмов: 1. Все живые организмы оказываются единством фенотипа и программы для его построения (генотипа), передающейся по наследству из поколения в поколение. 2. Генетическая программа образуется матричным путем. В качестве 12 матрицы, на которой строится ген будущего поколения, используется ген предшествующего поколения. 3. В процессе передачи из поколения в поколение генетические программы в результате различных причин изменяются случайно и ненаправленно, и лишь случайно такие изменения могут оказаться удачными в данной среде. 4. Случайные изменения генетических программ при становлении фенотипа многократно усиливаются. 5. Многократно усиленные изменения генетических программ подвергаются отбору условиями внешней среды. Тестовые задания * Тестовые задания с несколькими правильными ответами 1. Согласно аксиоме 1 теоретической биологии, все живые организмы являются единством: 1) популяции и вида; 2) кариотипа и генотипа; 3) фенотипа и генотипа; 4) особи и популяции. 2. Согласно аксиоме 2 теоретической биологии, генетические программы образуются ____________ путем. 3. Согласно аксиоме 3 теоретической биологии, в процессе передачи из поколения в поколение генетические программы в результате различных причин изменяются: 1) направленно; 2) случайно; 3) закономерно; 4) прогрессивно. 4. Согласно аксиома 4 теоретической биологии, случайные изменения генетических программ при становлении фенотипа многократно усиливаются и подвергаются: 1) уничтожению; 2) естественному отбору; 3) исправлению; 4) корректировке. 5. Специфическое свойство для жизни на Земле – 1) конвариантная редупликация; 2) развитие; 3) обмен веществ и энергии; 4) дыхание. 6. Конвариантная редупликация означает: 1) матричное копирование; 2) вос- произведение с изменениями; 3) сохранение специфического; 4) воспроизведение по матричному принципу. 7. Элементарной неделимой единицей жизни на земле является: 1) особь; 2) вид; 3) популяция; 4) экосистема. 8. *Характерные свойства живых организмов 1) самовоспроизведение 2) закрытость 3) наследственность и изменчивость 4) обмен веществ и энергии 5) дискретность 9. *Характерные свойства живых организмов: 1) саморегуляция; 2) самовоспроизведение; 3) раздражимость; 4) уникальность; 5) способность к росту и развитию. 10. *Выделяют следующие уровни организации живых систем: 1) физический; 2) молекулярно-генетический; 3) географический; 4) онтогенетический; 5) химический; 6) популяционно-видовой; 7) биоценотический; 8) глобальный (экосистемный). 11. Правильная последовательность уровней организации живой материи от молекулярного до биосферного: 1) тканевый; 2) биосферный; 3) популяционный; 4) молекулярный; 5) видовой; 6) органный; 7) клеточный; 8) биоценотический; 9) организменный. 12. *Следующие характерные свойства живых организмов определяют возможность выделения различных уровней организации живого: 1) самовоспроизведение; 2) диск- ретность; 3) самосохранение; 4) целостность; 5) саморегуляция; 6) раздражимость. 13 1.2. Основные черты и этапы истории жизни на Земле Контрольные задания 1. Обоснуйте, почему возникновение и существование жизни на Земле связывают с водой. 2. Все гипотезы возникновения жизни на Земле можно разделить на две группы: теории биогенеза и абиогенеза. В чем их сущность? Охарактеризуйте известные вам гипотезы из каждой группы, заполните таблицу 1.1. Таблица 1.1. Основные гипотезы возникновения жизни на Земле Гипотеза Автор (ы) Характеристика I. АБИОГЕНЕЗ II. БИОГЕНЕЗ 3. Объясните, почему невозможно самозарождение жизни в современных условиях. Почему все теории возникновения жизни на Земле носят название гипотез? 4. Ч. Дарвин в 1871 г. писал: «Но если бы сейчас … в каком- либо теплом водоеме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества и т.п., химически образовался белок, способный к дальнейшим, все более сложным превращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено или поглощено, что было невозможно в период до возникновения живых существ». Подтвердите или опровергните данное высказывание Ч. Дарвина. Как вы понимаете, что живое вещество с момента своего возникновения становится активным фактором собственного существования? 5. Гипотеза химической эволюции – путь развития от простых организмов через этап высокоорганизованных, частично несущих информацию макромолекул (таких как полипептиды и полинуклеотиды) до появления первых протобионтов. На рисунке 1.1 14 изображены несколько стадий, которые должны быть пройдены в ходе биохимической эволюции, каждая из которых необходима для возникновения живого из неживой матери. Рис. 1.1. Основные этапы химической эволюции Какими цифрами обозначены следующие этапы химической эволюции: полимеризация мономеров с образованием полимеров; синтез простых органических соединений из газов первичной атмосферы; образование фазообособленных систем полипептидов и полинуклеотидов; первичная атмосфера? 6. В опытах С. Миллера и других ученых из углекислоты, аммиака, метана, водорода и воды в условиях, приближённых к атмосфере молодой Земли, удалось синтезировать аминокислоты, нуклеиновые кислоты и простые сахара. Какое значение имели результаты этих опытов для подтверждения гипотезы биохимической эволюции? 7. Что вы можете сказать о причинах изменения атмосферы Земли? Почему первичная атмосфера называется восстановительной, а современная – окислительной? Объясните происхождение и значение свободного кислорода в атмосфере Земли? 8. На основании сравнения последовательности нуклеотидов в рибосомальных РНК ученые пришли к выводу, что все живые организмы можно отнести к трем основным группам: эукариотам, 15 эубактериям и архебактериям (две последние – прокариоты). Поскольку генетический код во всех группах одинаковый, была выдвинута гипотеза прогенота – общего предка. Выскажите свое мнение относительно этой гипотезы. 9. Познакомьтесь с историей формирования физико- географической оболочки Земли. В истории Земли очертания и связи континентов многократно менялись. На рисунке 1.2 показаны общие очертания материков и их связи между собой в основные периоды развития Земли. Объясните сходство фауны Неоарктической (Северная Америка) и Палеоарктической (Евразия) зоогеографических областей и отличие видового состава фауны Австралийской области. Назовите известных вам животных, обитающих в названых областях. Рис. 1.2. Дрейф континентов 1 – конец перми (около 200 млн. лет назад); 2 – конец триаса (195 млн. лет назад); 3 – конец юры (140 млн. лет назад); 4 – конец мела (70 млн. лет назад) 10. Познакомьтесь с некоторыми представителями фауны палеозоя. Какими цифрами обозначены следующие вымершие животные: ракоскорпион, трилобит, археоциат (скелет), головоногий моллюск (раковина), бесчелюстные (древнейшие позвоночные), 16 коралл (скелет) (рис. 1.3)? Какими цифрами обозначены: древнейшие пресмыкающиеся, зверозубый ящер, двоякодышащая рыба, стегоцефал, стрекозоподобное насекомое (рис. 1.4)? Рис. 1.3. Фауна палеозоя (кембрий, ордовик и силур) Рис. 1.4. Фауна палеозоя (девон, карбон и пермь) 11. Познакомьтесь с некоторыми пресмыкающимися мезозоя (рис. 1.5). Какими цифрами обозначены следующие вымершие животные: стегозавр, бронтозавр, рогатый динозавр, плезиозавр, летающий хвостатый ящер, ихтиозавр, летающие бесхвостые ящеры? 12. Американским ученым Т. Чеком (1981) была открыта способность РНК-подобных молекул к саморепликации и каталитической активности. Познакомьтесь с рисунком 1.6 и объясните почему период эволюции жизни на Земле, когда молекулы РНК служили в качестве примитивных генов и биологических катализаторов, получил название «первичный мир РНК»? 13. Познакомьтесь со схемой происхождения эукариотической клетки и ее органоидов путем впячивания клеточной мембраны (рис. 1.7). Какими цифрами обозначены следующие структуры: хромосомы, 17 кольцевая ДНК прокариот, ядро, ядерное впячивание, митохондриальное впячивание, митохондрия, пластидное впячивание, хлоропласты? Рис. 1.5. Фауна мезозоя Рис. 1.6. «Первичный мир РНК» Рис. 1.7. Происхождение эукариотических клеток и их органоидов путем впячивания клеточной мембраны А – протоклетка; Б – клетка гипотетических прокариот; В, Г – клетки на стадии формирования митохондрий, ядра и пластид соответственно; Д, Е – клетки животных и растений 18 14. Познакомьтесь со схемой симбиотического происхождения эукариотической клетки (рис. 1.8). Какими цифрами обозначены: пробионт, животная клетка, бактериальный фотосинтетик, анаэробный гетеротроф, анаэробная бактерия, растительная клетка, аэробная бактерия? Рис. 1.8. Схема симбиогенеза – происхождения эукариот Тестовые задания * Тестовые задания с несколькими правильными ответами 1. *Известны следующие концепции возникновения жизни на Земле: 1) стасигенеза; 2) самопроизвольного зарождения; 3) катастрофизма; 4) креационизма; 5) стационарного состояния; 6) панспермии; 7) биохимической эволюции. 2. Отечественный биолог А.И. Опарин в своей работе «Происхождение жизни» (1924) стремился доказать возможность первичного образования органических веществ: 1) актом божественного творения; 2) абиогенно; 3) за счет деятельности живых организмов; 4) путем катастрофизма; 5) биогенно. 3. Доказано, что первичной нуклеиновой кислотой на Земле была молекула: 1) АТФ; 2) РНК; 3) ДНК. 4. Правильная последовательность событий химической эволюции на Земле: 1) объединение полипептидов с полинуклеотидами; 2) синтез низкомолекулярных органических соединений из газов первичной атмосферы; 3) образование системы, обособленной от внешней среды мембраной; 4) полимеризация мономеров с образованием полимеров. 5. Правильная последовательность событий биологической эволюции на Земле: 1) возникновение эукариот; 2) возникновение прокариот; 3) происхождение многоклеточности; 4) образование пробиотов. 6. *Пробионты были: 1) анаэробы; 2) хемотрофы; 3) фототрофы; 4) гетеротрофы; 5) аэробы. 7. Первыми аэробами на Земле были: 1) архебактерии; 2) сине-зеленые бактерии; 3) одноклеточные зеленые водоросли; 4) растительные жгутиконосцы. 19 1.3. Биоразнобразие опросы для повторения и обсуждения В 1. Что собой представляют вирусы, и к какой форме жизни их можно отнести? 2. Как организованы вирусы, каковы сходства и различия в организации их геномов? 3. Что понимают под ретровирусами и каковы особенности их структуры и жизненного цикла? 4. Какова роль вирусов в качестве экспериментальных моделей в молекулярной биологии? 5. Реально ли допущение влияния вирусов на эволюцию организмов, в которых они паразитируют? 6. Как вы понимаете различия между прокариотами и эукариотами? 7. Что вы знаете об архебактериях и их особенностях, которые не характерны для эубактерий? 8. Перечислите основные свойства грибов, растений и животных. Контрольные задания 1. Познакомьтесь со схемой (рис. 1.9) взаимоотношения основных царств органического мира по Б.М. Медникову (1987) и выскажите свое мнение. 2. Гены малой субъединицы рибосомальной РНК содержат высококонсервативные последовательности, меняющиеся столь медленно, что их можно использовать для «измерения» филогенетического родства между представителями всех групп живых организмов (рис. 1.10). Познакомьтесь с данными секвенирования генов рРНК малой субъединицы разных групп организмов и выскажите свое мнение о давности дивергенции предка линий эукариотических клеток растений, грибов и животных от общего предка. 3. Рассмотрите схему строения бактериофага (рис. 1.11). Какими цифрами обозначены следующие структуры: а) воротничок, б) хвостовые нити, в) белковая капсула, г) хвостовой чехол, д) базальная пластинка с шипами? 4. Рассмотрите схему строения вируса иммунодефицита человека (рис. 1.12). Какими цифрами обозначены следующие структуры: вирусная РНК, оболочка вируса, фермент обратная транскриптаза, белки оболочки, липиды оболочки, белки капсида? 20 Рис. 1.9. Схема взаимоотношения основных царств живых организмов Рис. 1.10. Эволюционное родство организмов по данным секвенирования (определения нуклеотидных последовательностей) генов рибосомальной РНК малой субъединицы 21 Рис. 1.11. Схема строения бактериофага Рис. 1.12. Схема строения вируса иммунодефицита человека Рис. 1.13. Жизненный цикл вируса 5. Рассмотрите схему жизненного цикла вируса (рис. 1.13). Какими цифрами обо- значены следующие процессы: транскрипция, трансляция, репли- кация, выход из клетки дочерних вирусных частиц, проникновение в клетку и отделение ДНК от обо- лочки, сборка дочерних вирусных частиц? 6. Рассмотрите электронные микрофотографии вирусных частиц (рис. 1.14): А – бактериофаг Т4 – крупный ДНК- содержащий вирус, поражающий бактерию Escherichia coli., ДНК находится в головке бактериофага и впрыскивается в бактериальную клетку при помощи цилиндрического хвоста; Б – вирус Х картофеля , нитевидные частицы которого содержат РНК- геном; В – аденовирус – ДНК- содержащий вирус, заражающий различные клетки человека; Г – вирус гриппа – крупный РНК-содержащий вирус животных, помимо белкового капсида у него имеется мембранная оболочка – липидный слой с выступающими из него включениями вирусного гликопротеина. 22 Рис. 1.14. Электронные микрофотографии вирусных частиц 7. Рассмотрите схему размножения ретровируса на примере вируса иммунодефицита человека (рис. 1.15). Объясните, как происходит образование ДНК-копии, почему этот процесс называется «обратной транскрипцией». Объясните, почему нуклеиновая кислота вируса может долгое время оставаться в клетке хозяина и передаваться при ее делении в другие клетки? Рис. 1.15. Жизненный цикл ретровируса 23 Какими цифрами обозначены следующие процессы: образование нового вириона (формирование наружной вирусной оболочки с образованием новой вирусной частицы); синтез вирусной ДНК на матрице РНК вируса; транскрипция провирусной ДНК в иРНК; сборка сердцевины вируса (капсида и молекул РНК); проникновение вируса в клетку хозяина; репликация вирусной ДНК; трансляция в цитоплазму клетки вирусных белков на матрице иРНК; интеграция вирусной ДНК в геном клетки хозяина в качестве провируса? 8. Познакомьтесь со строением гетеротрофной бактерией (рис. 1.16). Какими цифрами обозначены: рибосомы, клеточная стенка, жгутик, цитоплазма, плазмалемма, мезосома, нуклеоид? Рис. 1.16. Схема строения бактерии 9. Познакомьтесь со строением цианобактерии (рис. 1.17). Какими цифрами обозначены: цитоплазма, липидные глобулы, фотосинтезирующие мембраны (ламеллы), плазмалемма, фосфатная гранула, полисома, желатинозный слой, белковая гранула, нуклеоид? Рис. 1.17. Схема строения цианобактерии 24 Лабораторный практикум 1.1. Ультратонкое строение бактериальной клетки. Бактериофаг Т4. Рассмотрите бактериальные клетки Escherichia coli: в нормальном здоровом состоянии (А) и через час после заражения бактериофагом Т4 (рис. 1.18). Познакомьтесь с электронограммой и схемой строения бактериальной клетки (рис. 1.19). ! Зарисуйте бактериальную клетку Escherichia coli в нормальном состоянии и с вирусными частицами бактериофага Т4. 1.2. Морфология бактерий. Для изучения морфологии бактерий приготовьте настои из различных естественных материалов: мяса, рыбы, белка яйца, навоза, сена, фруктов и овощей. Небольшое количество материала измельчите, поместите в склянку, на кончике скальпеля добавьте немного мела и залейте водопроводной водой на 2/3 объема склянки. Склянку с настоем поместите в термостат при 25-28°С на 3-5 дней. Из жидкости настоя (наиболее богата микрофлора в настоях мяса, рыбы, навоза) приготовьте два препарата: один – прижизненный (раздавленная капля), второй – постоянный (мазок). Для приготовления прижизненного препарата микроорганизмов на предметное стекло микробиологической петлей нанесите каплю жидкости одного из приготовленных настоев. Покровное стекло поставьте на ребро у края капли и постепенно опустите на нее. При осторожном опускании покровного стекла между стеклами не остается пузырьков воздуха, мешающих микроскопированию. Рис.1.18. Микрофотография бактериальной клетки Escherichia coli: нормальная здоровая (А) и через час после заражения бактериофагом Т4 (Б) 25 Капля должна быть небольшой, чтобы после «раздавливания» жидкость не выступала за края покровного стекла. Исследуйте препарат в светлом и темном поле, пользуясь объективом ВИ-40. Для приготовления мазка предметное стекло, хранящееся в смеси этилового спирта и серного эфира, высушите на пламени спиртовки. Бактериологической петлей, простерилизованной на пламени спиртовки, по центру предметного стекла нанесите мазок исследуемого материала (если культура микроорганизма выращена на плотной питательной среде, предварительно на стекло нанесите каплю водопроводной воды, в нее бактериологической петлей внесите небольшое количество материала и сделайте мазок). Рис. 1.19. Схема ультратонкого строения и микрофотография бактериальной клетки Мазок высушите на воздухе и зафиксируйте термически, проводя стекло 2-3 раза через пламя спиртовки мазком вверх (для химической фиксации мазка: смесь этилового спирта и серного эфира в соотношении 1:1 нанесите на мазок на 10 мин). Фиксированный мазок окрасьте, залив его поверхность раствором красителя (метиленовый синий, фуксин, генцианвиолет) на 2-3 мин. Затем краситель с мазка смойте водой, вытрите нижнюю сторону препарата фильтровальной бумагой, верхнюю осторожно обсушите с боков, не дотрагиваясь до мазка. Препарат окончательно досушите на воздухе или высоко над пламенем спиртовки. Готовый мазок микроскопируйте, используя объектив МИ-90. ! Просматривая препараты, зарисуйте несколько микроорганизмов, обратите внимание на форму, взаимное расположение клеток и на соотношение размеров бактерий, на рисунке обозначьте форму бактерий (рис. 1.20). 26 1.3. Основные формы бактерий. Познакомьтесь с морфологическими особенностями эубактерий (рис. 1.20) и определите, к какой группе они относятся: 1 – кокки, 2 – диплококки, 3 – стрептококки, 4 – стафилококки, 5 – палочки, или бациллы, 6 – вибрионы, 7 – стебельковые бактерии (рис. 1.21). 1 сальмонелла 2 стрептококк 3 кишечная палочка 4 бифидобактерия 5 бледная спирохета 6 бациллюс 7 стафилококк 8 псевдомонас 9 холерный вибрион 10 спириллюм Рис. 1.20. Микрофотографии бактерий Рис. 1.21. Основные формы бактерий (1 – кокки, 2 – диплококки, 3 – стрептококки, 4 – стафилококки, 5 – палочки, или бациллы, 6 – вибрионы, 7 – стебельковые бактерии) 27 1.4. Мицелий гриба мукора. Мукор– сапрофитный гриб, живущий во влажных условиях. Мукор широко распространен в природе как деятельный компонент почвенной микрофлоры. В лаборатории мукор можно вырастить на хлебе или на овощах во влажной камере. Для этого оберните фильтровальной бумагой чашку Петри и положите ее дном кверху в кристаллизатор, на дно которого налейте воду. На чашку Петри положите кусок хлеба или вареных овощей и засейте спорами, нанося споры препаровальной иглой. Затем кристаллизатор накройте стеклом и поставьте в термостат при температуре +23–27°С. Через двое-трое суток на поверхности питательной среды появится белый пушок, позднее обильно разрастающийся. Еще через сутки на концах гиф появляются черные головки величиной менее булавочной – материал готов для занятий. Рис. 1.22. Сапрофитный гриб – мукор (1 – мицелий; 2 – спорангиеносец; 3 – спорангий) Приготовьте (или используйте постоянный) микроскопический препарат мицелия мукора. Рассмотрите строение мицелия: в нем нет поперечных перегородок, видна бесцветная зернистая цитоплазма и более или менее крупные вакуоли, некоторые из гиф гриба оканчивается черными головками – это спорангии, сидящие на спорангиеносцах (рис. 1.22). ! Зарисуйте ветвистый мицелий мукора со спорангиями, сидящими на спорангиеносцах, на рисунке обозначьте: мицелий, гифы, спорангий. 1.5. Клетки кожицы листа валлиснерии. Для приготовления препарата на любой из сторон листа валлиснерии скальпелем или препаровальной иглой надрежьте кожицу, кусочек которой сдерите с листовой пластинки, поместите в каплю воды на предметное стекло, осторожно накройте покровным стеклом и рассмотрите при малом и большом увеличении микроскопа (рис. 1.23). Клетки кожицы либо вытянуты по длине листа, либо имеют квадратные или многоугольные очертания. Оболочки клеток тонкие, прозрачные, плотно примыкающие одна к другой. В клетках видны многочисленные зеленые тельца – хлоропласты, или хлорофилловые зерна. Работая микровинтом, рассмотрите клетку с поверхности (в 28 плане) или на некоторой глубине (в оптическом разрезе). В некоторых клетках видно ядро. Оно представляет собой светло-серое тельце с одним сильно преломляющим свет и поэтому хорошо заметным ядрышком. Цитоплазма не видна, не удается различить границы находящейся в клетке вакуоли с клеточным соком. Рис. 1.23. Кожица листа валлиснерии 1 – оболочка клетки; 2 – хлоропласты; 3 – ядро; 4 – направления движения цитоплазмы; 5 – цитоплазма; 6 – вакуоль При внимательном наблюдении можно видеть, что пластиды перемещаются вдоль клеточных стенок. Это происходит вслед- ствие движения вокруг централь- ной вакуоли цитоплазмы. Такое движение называют круговым, или ротационным (циклоз). Дви- жение цитоплазмы играет важную роль в осуществлении обменных процессов и распределении веществ внутри клетки. В естественных условиях цитоплазма движется очень медленно, под влиянием физических или химических раздражителей движение обычно ускоряется. Движение можно ускорить, если лист на несколько минут положить в теплую воду или добавить в нее каплю спирта. ! Зарисуйте несколько клеток кожицы листа валлиснерии, на рисунке обозначьте: оболочка клетки, хлоропласты, вакуоль, направления движения цитоплазмы, ядро 1.6. Клетки крови лягушки. Рассмотрите мазок крови лягушки (фиксация метиловым спиртом, окраска гематоксилин-эозином). Большинство клеток мазка принадлежит эритроцитам (рис. 1.24). Они имеют овальную форму и овальное плотное ядро, интенсивно окрашивающееся гематоксилином в сине-фиолетовый цвет. Цитоплазма этих клеток закрашивается эозином в оранжево-красный цвет за счет гемоглобина, растворенного в теле этой клетки. 29 Рис. 1.24. Клетки крови лягушки (1- эритроциты; 2 – эозинофил; 3 – лимфоцит; 4 – тромбоциты) Кроме эритроцитов на мазке крови встречаются лейкоциты: из них эозинофилы – округлые клетки, по величине превышающие эритроциты, с 3 – 4-сегментным плотным ядром и ярко-оранжевой зернистостью в цитоплазме. Часто попадается и другая разновидность лейкоцитов – лимфоциты. Это округлые клетки, более мелкие, чем эозинофилы и эритроциты, с плотным округлым ядром и узкой каймой голубой (базофильной) цитоплазмы. Часто эти клетки имеют короткие, неправильной формы псевдоподии. ! Зарисуйте несколько эритроцитов крови лягушки, на рисунке обозначьте: ядро, цитоплазма Тестовые задания * Тестовые задания с несколькими правильными ответами 1. ВИРУСЫ 1.1. Вирусы были открыты: 1) Д.И. Ивановским; 2) Ф. Туортом; 3) А.П. Виноградовым; 4) М. Шлейденом. 1.2. Вирусы - это «плохие новости в оболочке из: 1) полисахаридов; 2) белка; 3) липида; 4) жира. 1.3. Вирусы содержат: 1) только ДНК; 2) только РНК; 3) либо РНК, либо ДНК; 4) ДНК и РНК совместно. 1.4. Генетический материал вируса окружен: 1) липидной оболочкой; 2) белковой оболочкой; 3) двухслойной мембраной; 4) трехслойной мембраной. 1.5. Вирус в переводе с латинского: 1) болезнь; 2) смерть; 3) яд; 4) ужас. 1.6. Химическая природа вирусов: 1) нуклеопротеид; 2) гликопротеид; 3) липопротеид; 4) сложный комплекс органических молекул. 30 1.7. Синтез вирусного белка осуществляется: 1) на рибосомах клетки хозяина; 2) на собственных рибосомах вируса. 1.8. Принцип взаимодействия вируса и клетки: 1) хищничество; 2) облигатный паразитизм; 3) комменсализм; 4) факультативный паразитизм; 5) конкуренция. 1.9. Ретровирусы кодируют вирусный геном с помощью фермента: 1) редуктазы; 2) синтетазы; 3) ревертазы; 4) полимеразы. 1.10. *К болезням, вызываемым вирусами, относятся: 1) грипп; 2) дизентерия; 3) оспа; 4) ящур; 5) тиф; 6) ОРЗ 1.11. *К болезням, вызываемыми вирусами, относится: 1) СПИД; 2) столбняк; 3) гонорея; 4) туберкулез; 5) холера; 6) сифилис. 1.12 *К болезням, вызываемыми вирусами, относится: 1) краснуха; 2) полиомиелит; 3) коклюш; 4) корь; 5) сибирская язва. 1.13. Фаги паразитируют в клетках: 1) простейших; 2) бактерий; 3) плоских червей; 4) низших растений. 2. БАКТЕРИИ 2.1. Бактерии относятся к: 1) прокариотам; 2) эукариотам; 3) мезокариотам. 2.2. *Отсутствует в бактериальной клетке: 1) ядро; 2) митохондрии; 3) пластиды; 4) рибосомы. 2.3. *Имеется в бактериальной клетке: 1) цитоплазма; 2) рибосомы; 3) нуклеоид; 4) мезосома; 5) митохондрии. 2.4. Роль санитаров выполняют бактерии: 1) уксуснокислого брожения; 2) гниения; 3) железобактерии; 4) болезнетворные. 2.5. *Споры у бактерий служат для: 1) распространения; 2) размножения; 3) переживания неблагоприятных условий; 4) питания; 5) дыхания. 2.6. Больше всего бактерий на единицу объема обитает в: 1) болотной воде; 2) плодородном слое почвы; 3) воздухе городов; 4) океане. 2.7. *Бактерии являются возбудителями: 1) холеры; 2) столбняка; 3) туберкулеза; 4) гепатита; 5) энцефалита. 2.8. *Бактерии являются возбудителями: 1) брюшного тифа; 2) гриппа; 3) свинки; 4) пневмонии; 5) сибирской язвы; 6) оспы; 7) коклюша. 2.9. Симбионтом человека является: 1) азотобактер; 2) холерный вибрион; 3) кишечная палочка; 4) дрожжи. 2.10. *Форма тела бактерий может быть: 1) шаровидная; 2) палочковидная; 3) спиралевидная; 4) изогнутая; 5) амебоидная. 2.11. Мезосома бактерий принимает участие в: 1) питании; 2) дыхании; 3) размножении; 4) движении. 2.12. *Средой обитания бактерий является: 1) воздух; 2) почва; 3) вода; 4) живые организмы; 5) минералы. 2.13. *Молочнокислые бактерии используются для: 1) приготовления творога, простокваши, сметаны; 2) силосования кормов; 3) карамелизации; 4) закваски капусты; 5) засолки огурцов и помидоров; 6) консервирования. 2.14. *Бактериями являются: 1) кишечная палочка; 2) дизентерийная амеба; 3) стафилококк; 4) малярийный плазмодий; 5) холерный вибрион; 6) бледная спирохета. 2.15. *Заболевания человека бактериальной природы: 1) чесотка; 2) педикулез; 3) малярия; 4) туберкулез; 5) СПИД; 6) гонорея; 7) сифилис. 31 |