• Особливості організації каріотипу різних організмів. Клітини кожного виду тварин, рослин, грибів мають певний набір хромосом. Сукупність ознак хромосомного набору (кількість хромосом, їхня форма і розміри) називають каріотипом (від грец. каріон - ядро горіха і типос - форма) (мал. 18.4). Кожному виду притаманний свій особливий каріотип.

Мал. 18.4. Каріотипи різних тварин: 1 - щуки; 2 - курки; 3 - кішки; 4 - саламандри

Наприклад, у нестатевих клітинах мухи-дрозофіли всього 8 хромосом (4 пари), людини - 46 (23 пари), у морських одноклітинних тварин - радіолярій - до 1600.

Постійність каріотипу забезпечує існування видів. Особливий каріотип особин одного виду дає їм змогу паруватися між собою, залишати життєздатних нащадків і зазвичай унеможливлює їхнє парування з особинами інших видів. Якщо ж таке парування і відбувається, то нащадки або взагалі не народжуються, або ж вони нежиттєздатні чи нездатні до розмноження.

Хромосомний набір ядра може бути гаплоїдним, диплоїдним або поліплоїдним. У гаплоїдному (від грец. гаплоос - поодинокий, плоос - кратний і ейдос - вигляд) наборі (його умовно позначають 1n) усі хромосоми відрізняються одна від іншої за будовою. Натомість у диплоїдному (від грец. диплоос - подвійний) наборі (2n) кожна хромосома має парну, подібну за розмірами та особливостями будови; їх називають гомологічними (від грец. гомологіа - відповідність). Відповідно хромосоми, які не належать до певної пари, не гомологічні одна до одної.

Якщо ж кількість гомологічних хромосом перевищує дві, то такі хромосомні набори належать до поліплоїдних (від грец. поліс - численний): триплоїдний (3n), тетраплоїдний (4n) тощо.

У роздільностатевих тварин і дводомних рослин в особин однієї зі статей хромосоми однієї з пар різняться між собою, тоді як в особин іншої - вони подібні. Це статеві хромосоми, які ще називають гетерохромосомами (від грец. гетерос - інший). Хромосоми інших пар, які подібні у всіх особин, називають нестатевими, або аутосомами (від грец. аутос - сам). Так, у хромосомному наборі жінки - дві Х-хромосоми, а чоловіка - одна Х-хромосома та одна Y-хромосома (мал. 18.5). Зрозуміло, якщо аутосоми мають подібний набір генів, то в X- та Y-хромосомах він різний.

Мал. 18.5. Каріотип людини (чоловіка)

Мал. 18.6. Каріотипи особин різних статей у певних груп тварин

У мух і ссавців різні статеві хромосоми мають особини чоловічої статі, а ось у метеликів, плазунів і птахів, навпаки, - жіночої. У деяких тварин особини різних статей мають різну кількість хромосом. Так, самки коників (клас Комахи) мають 2 статеві хромосоми, тоді як самці - лише одну (мал. 18.6).

У ядрах окремих клітин личинок двокрилих комах, деяких інфузорій та рослин (пшениця, цибуля тощо) трапляються хромосоми велетенських розмірів, які в сотні разів перевищують розміри звичайних. Це відбувається тому, що в них багатократно збільшена кількість молекул ДНК, інколи в 1000 разів, що слугує видовою ознакою.

• Зміни каріотипу та його наслідки. Значення дослідження каріотипу. Каріотип може змінюватись унаслідок мутацій. Мутантні особини (мутанти) часто нездатні схрещуватися з тими, які мають нормальний каріотип, і залишати плодючих нащадків. Крім того, зміни хромосомного набору можуть спричиняти різноманітні захворювання. Як приклад можна навести хворобу (синдром) Дауна. Ми вже згадували, що людина має 23 пари хромосом. Кожній парі хромосом дослідники надали певний порядковий номер, наприклад хромосоми 1-ї пари, 2-ї пари тощо (мал. 18.5). Якщо у людини хромосом 21-ї пари стає три (замість двох), у неї проявляється хвороба Дауна. У хворих на синдром Дауна порушується розумовий розвиток, тривалість життя у них невелика (зазвичай не більше 30 років), розміри голови зменшені, обличчя пласке, розріз очей косий тощо. Незважаючи на ці вади, такі діти відрізняються доброзичливістю і слухняністю. Поява третьої хромосоми у 8-й парі теж призводить до порушень, однак не таких значних (косоокість, вкорочені пальці, збільшені розміри вух, носа, незначна розумова відсталість та ін.). Трапляються мутації, коли кількість хромосом не збільшується, а навпаки, зменшується. У людини зародки, що мають хромосомний набір 44 аутосоми та лише одну Х-хромосому (замість двох), розвиваються в жіночий організм зі значними порушеннями будови та життєвих функцій (укорочена шия з крилоподібною згорткою шкіри, порушення формування кісток, кровоносної системи, статеві залози не розвинені). Отже, ступінь та характер порушень залежать від того, в якій саме парі відбулися зміни кількості хромосом.

Мал. 18.7. Китайський (1) і даурський (2) хом’ячки

Таким чином, дослідження каріотипу людини має важливе значення для діагностики її спадкових захворювань. Зокрема, вони дають змогу діагностувати багато спадкових захворювань навіть на ранніх етапах розвитку (хворобу Дауна та інші). Будову каріотипу застосовують у систематиці організмів для розпізнавання близьких за будовою видів (так званих видів-двійників). Це пов’язане з тим, що в близьких видів хромосомні набори завжди відрізняються або за кількістю хромосом, або за особливостями їхньої будови. За іншими структурними ознаками види-двійники розрізнити дуже важко або взагалі неможливо.

Так, два близькі види хом’яків (китайський і даурський) дуже подібні за будовою і відрізняються лише за набором хромосом (відповідно 22 і 20 у диплоїдному наборі) (мал. 18.7). Випадки видів-двійників відомі серед комах, земноводних, плазунів тощо.

Крім того, вивчення каріотипу дає змогу встановлювати ступінь історичної спорідненості між організмами. Адже чим подібніші каріотипи двох видів, тим ці організми ближчі за походженням.

Ключові терміни та поняття. Хроматиди, каріотип, аутосоми, гетерохромосоми.

Коротко про головне

• Кожна хромосома складається з двох хроматид, які сполучені між собою в ділянці первинної перетяжки. Під час поділу клітини до кінетохора приєднуються нитки веретена поділу.
• Клітини кожного виду еукаріотів мають свій особливий набір хромосом - каріотип.
• Хромосоми, подібні за будовою і набором генів, називають гомологічними, а ті, що відрізняються за цими показниками, - негомологічними. Виняток становлять лише статеві хромосоми, які у представників однієї зі статей кожного виду розрізняються за розмірами і особливостями будови. Їх називають гетерохромосомами, на відміну від нестатевих - аутосом.
• Каріотип може змінюватись унаслідок мутацій. Мутантні особини (мутанти) часто нездатні схрещуватися з особинами, які мають нормальний каріотип, і залишати плодючих нащадків.
• Дослідження каріотипу людини має важливе значення для діагностики її спадкових захворювань. Такі дослідження дають можливість виявити багато спадкових захворювань на ранніх етапах ембріонального розвитку (хворобу Дауна та ін.).
• Вивчення каріотипу має важливе значення в систематиці для розпізнавання близьких за будовою видів (видів-двійників).

Запитання для самоконтролю

1. Що таке каріотип? Чим він характеризується? 2. Які будова і функції хромосом? 3. Що таке статеві і нестатеві хромосоми? 4. Які хромосоми називають гомологічними? 5. Яке значення має дослідження хромосомного набору ядра людини та інших організмів? 6. Чим відрізняються носії спадкового матеріалу прокаріотів та еукаріотів?

Поміркуйте

Чому саме існування видів залежить від стабільності та специфічності їхніх каріотипів?

ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

БУДОВА КЛІТИН ПРОКАРІОТІВ ТА ЕУКАРІОТІВ

Мета: вивчити особливості будови клітин прокаріотів і еукаріотів; навчитися розпізнавати на схемах, постійних мікропрепаратах, мікрофотографіях прокаріотичні та еукаріотичні клітини.

Обладнання і матеріали: мікроскопи, предметні і накривні скельця, пінцети, скляні і дерев’яні палички, препарувальні голки; постійні мікропрепарати бактерій, епітелію ротової порожнини, шкірки цибулі, гіфів гриба мукора; електронно-мікроскопічні фотографії клітин бактерій, тварин, рослин і грибів.

Хід роботи

1. Підготуйте мікроскоп до роботи.

2. При малому збільшенні мікроскопа на постійних мікропрепаратах знайдіть клітини бактерій, грибів, рослин, тварин.

3. За відсутності постійних мікропрепаратів виготовте тимчасові:

• а) стерилізованою скляною або дерев’яною паличкою зніміть з поверхні зубів наліт навколо ясен, перенесіть його на предметне скло і накрийте накривним скельцем;
• б) виготовте препарат епітелію ротової порожнини в краплині слини, для чого проведіть скляною паличкою по внутрішній поверхні щоки, перенесіть мазок на предметне скло;
• в) виготовте препарат шкірки м’ясистої луски цибулі, для чого перенесіть шкірку на предметне скло у краплину води та накрийте накривним скельцем;
• г) зберіть зі шматка хліба або овочів цвіль білого кольору - грибницю мукора; розмістіть її на предметному склі та накрийте накривним скельцем.

4. Розгляньте при великому збільшенні мікроскопа клітини бактерій, грибів, рослин і тварин. Порівняйте особливості їхньої будови.

5. Роздивіться електронно-мікроскопічні фотографії клітин бактерій, грибів, рослин і тварин. Знайдіть клітинну стінку, плазматичну мембрану, ядро, ендоплазматичну сітку, комплекс Гольджі, мітохондрії, пластиди, вакуолі.

6. Зробіть висновки.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

СПОСТЕРЕЖЕННЯ ЯВИЩ ПЛАЗМОЛІЗУ ТА ДЕПЛАЗМОЛІЗУ В КЛІТИНАХ РОСЛИН

(виконують учні академічного рівня навчання)

Мета: спостерігати рух цитоплазми в клітинах рослин; дослідити явища плазмолізу і деплазмолізу.

Обладнання і матеріали: світлові мікроскопи, предметні і накривні скельця, пінцети, препарувальні голки, фільтрувальний папір, дистильована вода, 9 %-й водний розчин хлориду натрію, м’ясиста луска цибулі або листок елодеї.

Хід роботи

1. Підготуйте мікроскоп до роботи.

2. Виготовте тимчасовий мікропрепарат живих клітин шкірки соковитої луски цибулини або листка елодеї, помістіть їх у краплину води на предметне скло і накрийте накривним скельцем.

3. Розгляньте препарат при малому збільшенні мікроскопа, виберіть ділянку із живими клітинами. При великому збільшенні мікроскопа простежте за рухом цитоплазми і хлоропластів (за необхідності підігрійте препарат до +38...40 °С, вводячи під накривне скло теплу воду).

4. Замініть воду під накривним скельцем розчином хлориду натрію: з одного боку скельця введіть розчин хлориду натрію, а з іншого (для видалення води з-під накривного скельця) прикладіть фільтрувальний папір. Простежте за явищем плазмолізу - відшаруванням цитоплазми від клітинної стінки.

5. Після завершення процесу плазмолізу замініть розчин хлориду натрію під накривним скельцем на дистильовану воду. Для цього з одного боку накривного скельця введіть дистильовану воду, а з іншого, щоб видалити розчин хлориду натрію, прикладіть фільтрувальний папір. Простежте за явищем деплазмолізу - відновленням об’єму цитоплазми.

6. Зробіть висновки.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5

МІКРОСКОПІЧНА ТА УЛЬТРАМІКРОСКОПІЧНА БУДОВА ЯДРА

(виконують учні академічного рівня навчання)

Мета: ознайомитися з особливостями будови ядра; навчитися розпізнавати на схемах, постійних мікропрепаратах, мікрофотографіях структури ядер.

Обладнання, матеріали та об’єкти дослідження: мікроскопи, предметні і накривні скельця, препарувальні голки, пінцети; фільтрувальний папір; елодея, постійні мікропрепарати яйцеклітини.

Хід роботи

1. При малому збільшенні мікроскопа розгляньте постійний мікропрепарат яйцеклітини.

2. Знайдіть на препараті великі кулясті яйцеклітини, оточені дрібними фолікулярними клітинами, що мають видовжені ядра, забарвлені в синьо-фіалковий колір.

3. Зверніть увагу на цитоплазму яйцеклітини, забарвлену в рожевий колір.

4. Знайдіть велике ядро, розташоване в центрі клітини.

5. Зверніть увагу на численні ядерця різного розміру всередині ядра, забарвлені в темно-фіалковий колір.

Мікроскопічна будова ядра

6. Замалюйте яйцеклітину жаби, зазначивши на малюнку її оболонку, цитоплазму, ядро, ядерця.

7. Розгляньте електронно-мікроскопічні фотографії ядра та знайдіть окремі деталі будови.

8. Зробіть висновки.

ТЕСТ НА ЗАКРІПЛЕННЯ ЗНАНЬ

I. ВИБЕРІТЬ ІЗ ЗАПРОПОНОВАНИХ ВІДПОВІДЕЙ ПРАВИЛЬНУ

1. Зазначте сполуки, з яких переважно складається плазматична мембрана: а) білки і вуглеводи; б) вуглеводи і ліпіди; в) білки і ліпіди; г) ліпіди і мінеральні солі.

2. Вкажіть організми, клітини яких здатні до фагоцитозу: а) бактерії; б) гриби; в) рослини; г) тварини.

3. Назвіть організми, до складу клітинної оболонки яких входить глікокалікс: а) бактерії; б) гриби; в) рослини; г) тварини.

4. Зазначте сполуки, з яких переважно складаються хромосоми: а) білки і ліпіди; б) білки і ДНК; в) білки і РНК; г) ліпіди і РНК.

5. Назвіть прізвище вченого, який запровадив термін «клітина»: а) Р. Гук; б) Т. Шванн; в) М. Шлейден; г) Р. Вірхов.

6. Укажіть, як ще називають статеві хромосоми: а) політенні; б) негомологічні; в) аутосоми; г) гетерохромосоми.

II. ВИБЕРІТЬ ІЗ ЗАПРОПОНОВАНИХ ВІДПОВІДЕЙ ДВІ ПРАВИЛЬНІ

1. Назвіть організми, в клітинах яких є вегетативні й генеративні ядра: а) дріжджі; б) улотрикс; в) форамініфери; г) інфузорії.

2. Назвіть клітини, які не мають ядер: а) еритроцити більшості ссавців; б) клітини епітелію; в) лейкоцити; г) тромбоцити ссавців.

3. Назвіть організми, клітини яких не мають ядер: а) ціанобактерії; б) пеніцил; в) мукор; г) кишкова паличка.

4. Назвіть структури, які трапляються всередині ядра: а) субодиниці рибосом; б) нитки хроматину; в) пластида; г) мітохондрії.

5. Назвіть механізми пасивного транспорту речовин у клітину: а) дифузія; б) зміна просторової структури білків, які проходять через мембрану; в) калієво-натрієвий насос; г) фагоцитоз.

6. Назвіть властивості плазматичної мембрани: а) напівпроникність; б) здатність до самооновлення; в) жорсткість; г) здатність синтезувати власні білки.

7. До складу підмембранного комплексу клітини інфузорії входить: а) гклікокалікс; б) пелікула; в) клітинна стінка; г) цитоскелет.

III. ЗАВДАННЯ НА ВСТАНОВЛЕННЯ ВІДПОВІДНОСТІ

1. Визначте приналежність хромосом до тих чи інших типів:

2. Визначте відповідність органел і структур клітини групам організмів, у яких вони трапляються:

3. Установіть відповідність між прізвищами учених та їхнім внеском у розвиток цитології:

IV. ЗАПИТАННЯ З ВІДКРИТОЮ ВІДПОВІДДЮ

1. Як відсутність ядра впливає на властивості клітини? Відповідь обґрунтуйте.

2. Чим можна пояснити, що деякі еукаріотичні клітини позбавлені ядра? Наведіть приклади таких клітин.

3. Яке значення має вивчення каріотипів організмів для систематики? Відповідь обґрунтуйте.

4. Що спільного та відмінного є між спадковим матеріалом клітин прокаріотів та еукаріотів?

5. Що спільного та відмінного є між процесами піноцитозу та фагоцитозу? Клітини яких організмів можуть здійснювати ці процеси?

6. Який зв’язок існує між надходженням води в клітину та підтриманням її форми? Відповідь обґрунтуйте.

7. Що спільного й відмінного в будові та хімічному складі поверхневого апарату клітин рослин і грибів?