Войти
Закрыть

Закономірності формування адаптацій

11 Клас

Тривалий час природодослідників хвилювало питання походження адаптацій. Річ у тім, що адаптація завжди добре відповідає вимогам середовища. Наприклад, широке крило дозволяє яструбу ширяти в потоках повітря майже без помахів крил, вистежуючи здобич біля землі. Натомість вужче й загострене крило ластівки вимагає частіших помахів, проте забезпечує чудове маневрування під час польоту, а тому й легкість у полюванні на дрібних і рухливих комах (рис. 2.1). Тож у вчених здавна поставало питання: чи «знає» природа заздалегідь, що вона хоче «створити»? Дати чітку відповідь на нього біологічна наука змогла лише в середині XIX ст. завдяки створенню еволюційної теорії Чарльзом Дарвіном. Саме еволюційне вчення Дарвіна забезпечило розуміння того, що адаптації виникають поступово в процесі природного добору. Нагадаємо, що природний добір забезпечує переважне виживання та розмноження найбільш пристосованих особин у популяції. Завдяки йому зі зміною поколінь у популяції зростає кількість організмів краще адаптованих до даного середовища. Це явище все більшого пристосування в процесі історичного розвитку живого отримало назву адаптивна еволюція. Усе різноманіття видів є її наслідком. Але звідки добір «знає», що треба добирати? У результаті спадкової мінливості, тобто утворення мутацій і нових комбінацій спадкового матеріалу (переважно в процесі статевого розмноження), у популяції постійно з'являються особини, чиї генотипи, а тому й фенотипи, відрізнятимуться. Під час життя, взаємодіючи з іншими представниками свого виду (наприклад, конкуруючи за їжу чи світло), організмами інших видів (мутуалістами, хижаками, паразитами), умовами абіотичного середовища (наприклад, хто з меншими витратами переживе холоди), частина з усієї різноманітності особин популяції краще виживає й розмножується1. Так, власне, і реалізується природний добір, завдяки якому з усього різноманіття генів, до нащадків переважно потрапляють ті, що забезпечують краще виживання....

Адаптація — властивість біологічних систем

11 Клас

Усе різноманіття живого на всіх рівнях організації — від молекулярного до біосферного — є пристосованим, тобто адаптованим, до тих умов, у яких воно існує. Чи це молекула ферменту, що пришвидшує проходження реакції синтезу, чи це спеціалізована клітина в серці, чи це рослина на схилі гори, чи лісове озеро — усі згадані біологічні системи функціонують саме в тому оточенні, за тієї температури, освітленості, вологості тощо, які є довкола них. Тобто вони є пристосованими до свого середовища мешкання. А значна кількість різних живих організмів, яких ми маємо змогу спостерігати в довкіллі, якраз і є наслідком різноманітності умов оточення. Інакше кажучи, саме процес пристосування організмів до умов навколишнього середовища й породжує все різнобарв'я живої природи. Ба білше, саме адаптація організмів та їх угруповань до довкілля якраз і є метою еволюційного процесу, оскільки чим краще є пристосованою біологічна система до умов свого існування, тим вона більш еволюційно успішна. Тому важко не погодитися з еволюційним фізіологом Леоном Орбелі, який стверджував, що «поняття "життя” й "адаптація”, якщо й не ідентичні, то значною мірою перекривають одне одного». Саме вивченню властивостей адаптацій, їх різноманіття та формування й буде присвячено цей розділ. У процесі адаптування виникають пристосування, що покращують виживання й відтворення організмів Поняття «адаптація» зрозуміле саме собою: у тюленя є ласти, щоб плавати (рис. 1.1, А), у ластівки — крила, щоб літати, у соняшника — яскраві квітки для приваблення комах-запилювачів тощо. Це і є яскраві й очевидні приклади адаптацій, тобто пристосувань організмів до навколишнього середовища. З огляду на сказане вище можна зрозуміти, що адаптація1 — це певна характеристика організму, що покращує його виживання та відтворення за певних умов. Окрім адаптації як наслідку, тобто характеристики організму, нею часто називають і сам процес виникнення таких пристосувань (далі — адаптування). Говорячи про виживання та відтворення організму, мають на увазі популяцію й вид загалом. Тобто адаптації, що виникають на рівні молекул, клітин, органів чи організмів, повинні сприяти виживанню популяції й виду, а не окремого організму (хоча й не виключають останнього). Крім того, адаптації можуть з'являтися й на вищих за організмовий рівнях організації живого. Наприклад, кількість особин різних видів, популяції яких входять до складу екосистеми, буде змінюватися при появі в ній нового...

Біологія і екологія 11 клас Шаламов, Каліберда, Носов (рівень стандарту)

11 Клас

Дорогі читачі й читачки цієї книги! Продовження курсу «Біологія й екологія» у 11-му класі має на меті ще більше зміцнити ваші переконання щодо важливості збереження довкілля й здоров'я. Як і раніше, на сторінках книги ви знайдете пояснення актуальних уявлень щодо функціонування живої природи. Також у текстах вам варто віднайти відповідь на питання: як я можу застосувати набуті знання й уміння в житті? Відповідь на нього потрібно дати якомога швидше, оскільки ваш учитель чи вчителька біології можуть бути останніми професійними біологами чи біологинями в житті. Тож отримайте від них те, що вам необхідно для здорового й щасливого існування та цивілізованої взаємодії з довкіллям. Курс «Біологія й екологія» в 11-му класі складається з п'яти тем. Перша з них має назву «Адаптації». Вона присвячена пристосуванням організмів до умов середовища, їхньому формуванню на різних рівнях організації живої природи, а також способам співіснування організмів між собою. Наступні теми — «Екологія» і «Сталий розвиток і раціональне природокористування». Із їхньою допомогою ви усвідомите значення екології в сучасному світі й навчитеся так взаємодіяти з природою, щоб отримувати від неї максимум користі й водночас не завдавати шкоди. Тут ви дізнаєтесь про проблеми довкілля в Україні і світі, намагатиметесь укласти шляхи їх подолання й недопущення, зможете надихнутися ідеєю сталого розвитку. Наступна тема має назву «Біологічні основи здорового способу життя». Як прожити довге й здорове життя? Як досягти успіху й не втратити його через проблеми зі здоров'ям? Як допомогти власній родині — батькам і майбутнім дітям — бути щасливими й самодостатніми? Ви також усвідомите, наскільки важливим є контроль над розповсюдженням інфекційних агентів, станом навколишнього середовища й виробництвом різної продукції в збереженні здоров'я людства. Зрештою, завершенням курсу є тема «Застосування результатів біологічних досліджень у медицині, селекції та біотехнології», яка занурить вас у світ найсучасніших і найактуальніших здобутків біологічної науки та їхнього використання на благо людства. Тут ви не тільки усвідомите важливість і необхідність розвитку біології, а й, можливо, знайдете свій шлях у житті в царинах медицини, селекції чи біотехнології, бо він є одним із найперспективніших сьогодні....

Узагальнення теми 9. Застосування результатів біологічних досліджень у селекції, медицині та біотехнології

11 Клас

Результатом біологічних досліджень є знання, необхідні для забезпечення сталого розвитку людства, розв'язування глобальних проблем, розроблення та впровадження досягнень біотехнології, що визначають рівень розвитку багатьох галузей, передусім селекції, медицини, сільського господарства, промисловості, охорони довкілля й біорізноманіття....

Поняття про біологічну небезпеку та біологічну безпеку

11 Клас

Біологічну та екологічну небезпеку становлять забруднення природних ресурсів, масове розмноження комах, зміни природного біорізноманіття та порушення біологічної рівноваги. До біологічних ризиків належать також ненавмисні наслідки наукових досліджень та біологічні інвазії. За останні роки швидко розмножуються і поширюються слизняки, які за відсутності контролю можуть пошкоджувати врожай практично усіх культур на городах і в садах. Впродовж 3-4 останніх років на водних теренах країни успішно «мігрує» пістія шарувата, або водяний латук. Основними джерелами виникнення біологічних загроз є: 1) епідемії та спалахи інфекційних захворювань людини; 2) масові захворювання тварин (епізоотії) й рослин (епітофітії); 3) аварії на біологічно небезпечних об'єктах; 4) природні резервуари патогенних мікроорганізмів; 5) транскордонне перенесення патогенних мікроорганізмів і чужорідних видів; 6) диверсії на біологічно небезпечних об'єктах; 7) біологічний тероризм; 8) застосування біологічної зброї державою. Отже, носіями біологічної небезпеки є біологічні явища, процеси, об'єкти, здатні у певних умовах завдавати шкоди здоров'ю людини. Що таке біологічна зброя? Біологічний тероризм - застосування небезпечних біологічних агентів для завдання шкоди життю і здоров'ю людей заради досягнення цілей політичного або ідеологічного характеру. Зазвичай ідеться про навмисне «вивільнення» патогенних біологічних засобів з метою завдання максимальної шкоди людині, тваринам і рослинам для досягнення особистих, політичних, соціальних або релігійних цілей. У XX ст. було зафіксовано понад 100 підтверджених випадків використання біологічних агентів, з яких 19 були терористичними актами. Окремим випадком біологічного тероризму є агротероризм з використанням біологічної зброї проти культурних рослин або домашніх тварин....

Застосування досягнень молекулярної генетики, молекулярної біології та біохімії у біотехнології

11 Клас

Поки що не існує ефективних методів лікування спадкових захворювань сітківки (наприклад, пігментного ретиніту). Відбувається збій, через який фоторецептори починають гинути, що призводить до сліпоти. Для розв'язування цієї проблеми вчені намагаються створити біотехнологію доставки до цих клітин необхідних генів за допомогою вірусів або плазмід. Які біологічні науки можуть їм у цьому допомогти? Яке значення досягнень молекулярної генетики для біотехнології? МОЛЕКУЛЯРНА ГЕНЕТИКА - це галузь біології, що вивчає молекулярні основи спадковості й мінливості живих організмів і вірусів. Найголовнішими досягненнями молекулярної генетики, що застосовуються в біотехнології, є закономірності організації та збереження генетичного матеріалу (хімічна природа гена, штучний синтез гена, механізми реплікації й репарації ДНК). Молекулярна генетика стала теоретичною основою генної інженерії, метою якої є створення генетичних структур та організмів з новими комбінаціями спадкових ознак. До найважливіших методів молекулярної генетики, що їх використовують у генній інженерії, належать: метод гібридизації ДНК з використанням ДНК-зондів - визначення фрагментів ДНК або РНК з певною генетичною інформацією за допомогою одноланцюжкових комплементарних фрагментів ДНК (ДНК-зондів); методи секвенування генів - встановлення послідовності нуклеотидів у молекулах ДНК; метод полімеразної ланцюгової реакції - збільшення кількості фрагментів ДНК у біологічному матеріалі; метод генетичних маркерів - ідентифікація фрагментів ДНК за допомогою специфічних нуклеотидних послідовностей з відомою первинною структурою; методи перенесення генів за допомогою вірусних векторів або плазмід. Для отримання генів, їх поєднання з векторами (плазмідами або вірусами) в генетичній інженерії використовують ферменти: ревертази (ферменти, що каталізують синтез нитки ДНК на матриці іРНК), рестриктази (ферменти, що розрізають нуклеотидні послідовності в певних місцях), лігази (ферменти, що з'єднують нуклеотидні послідовності)....

Застосування результатів біологічних досліджень у біотехнології

11 Клас

Національна академія наук США оприлюднила доклад про те, що суспільство має готуватися до появи нових продуктів біотехнології у найближчі 5-10 років. Це бактерії, що діють як ліки, генетично модифіковані організми, м'ясо з пробірки, біолюмінесцентні організми, генний драйв для регуляції чисельності шкідників. А з якими напрямами біотехнології пов'язані ці продукти? Які основні завдання та напрями сучасної біотехнології? БІОТЕХНОЛОГІЯ - це комплекс наук, засобів, методів, спрямованих на одержання і використання процесів, клітин, продуктів життєдіяльності організмів у промисловому виробництві. Різні сучасні методи біотехнології використовують у промисловості (харчовій, легкій, хімічній, будівельній), сільському господарстві (рослинництві, тваринництві), медицині, міському господарстві, кібернетиці, природокористуванні тощо. Наукові дослідження сучасної біотехнології спрямовано на розробку методів і спеціальних виробничих технологій для різних галузей діяльності людини. Через те виокремлюють такі основні розділи, як харчова, промислова, ветеринарна, екологічна, медична біотехнологія. Основні завдання біотехнології пов'язують з розв'язуванням глобальних цілей сталого розвитку, якими є: подолання бідності й голоду, поліпшення стану охорони здоров'я і якості довкілля, сталий розвиток промисловості й сільського господарства (іл. 101). Сучасна екологічна біотехнологія передбачає пом'якшення наслідків зміни клімату, захист екосистем і морських ресурсів. Без цього неможливо подолати глобальну продовольчу, енергетичну, сировинну та екологічну проблеми, що постають перед людством. Основні напрями досліджень. Засоби генної інженерії та трансгенні організми можна використати для підвищення продуктивності сільського господарства, розроблення вакцин і ліків проти СНІДу, малярії, туберкульозу та інших захворювань. Клітинна інженерія та її методи конструювання клітин застосовують для розв'язування багатьох теоретичних проблем біології, у трансплантології, для охорони сексуального та репродуктивного здоров'я. Сфера діяльності біоінженерії простягається від створення штучних органів для компенсації знижених або втрачених фізіологічних функцій (біомедична інженерія) до молекулярного конструювання речовин із заданими властивостями (білкова інженерія, інженерна ензимологія). Для подолання бідності й забезпечення кожної людини достатнім харчуванням, чистою питною водою та засобами санітарії, утилізації токсичних відходів...

Біоетичні проблеми сучасної медицини

11 Клас

Наприкінці XX ст. людство усвідомило, що досягти істинного прогресу без високої моралі, моральних норм і правил неможливо. Вони конче потрібні для того, щоб захистити хворого або здорового, дитину або людину похилого віку, рослини і тварин, популяції й види, екосистеми й біосферу. Так виникла біоетика. БІОЕТИКА (або етика життя) (від грец. етикос - звичай) - розділ науки, що вивчає проблеми моралі насамперед стосовно людини та всього живого, визначає, які дії щодо живого з морального погляду є припустимими, а які - неприпустимими. Вперше ідею про те, що людина відповідає за свою діяльність не лише перед іншими людьми, а й перед всіма іншими живими істотами, була сформульована видатним німецьким гуманістом, лауреатом Нобелівської премії з фізіології і медицини 1952 р. Альбертом Швейцером (1875-1965). Засновником біоетики є американський учений Ван Р. Поттер (1911-2001). Його концепція, викладена у праці «Біоетика - міст у майбутнє» (1969), сформувалася під впливом ідей американського еколога Олдо Леопольда (1887-1948), який став відомим у світі як засновник екологічної етики. Виникненню біоетики передував тисячолітній досвід розвитку медичної етики. У формулюванні основних етичних норм, правил, принципів сучасної медицини важливу роль відіграли Гіппократ, К. Гален, Авіценна (Ібн-Сіна), Парацельс, А. Везалій та багато інших видатних лікарів минулого. Метою біоетики є збереження та розвиток життя за допомогою моральних норм і принципів. Об'єктом дослідження постає життя в цілісності та багатоманітності його проявів, а предметом досліджень - моральні ціннісно-нормативні механізми збереження та розвитку життя. Основним завдання є обґрунтування базових принципів, на котрих може бути побудована несуперечлива, цілісна наука про моральні стосунки людини з живою природою. Отже, біоетика є галуззю знання та людської практики про збереження й розвиток життя за допомогою етичних механізмів і принципів. У чому суть основних принципів біоетики? Основоположними принципами біоетики є такі. 1. Принцип неспричинення шкоди (принцип «не нашкодь») - найстаріший у медичній етиці. Він пов'язаний не стільки з правами пацієнтів, скільки з професійними обов'язками лікаря і фармацевта виконувати свою роботу якісно і сумлінно. 2. Принцип автономії - індивід має право розпоряджатися своїм здоров'ям і благополуччям, навіть відмовлятись від лікування за умови, що це буде вартувати йому життя. 3. Принцип інформованої згоди...

Генна інженерія в медицині. Досягнення регенеративної медицини та онкології

11 Клас

У боротьбі зі СНІДом медицина досягла значних результатів, але ліків проти ВІЛ до цих пір не створено. Можливо, допоможе генна інженерія. Спеціалісти Каліфорнійського університету за допомогою методів генної інженерії «озброїли» стовбурові клітини рецептором вірусного антигена, щоб вони могли відшукати і знищити заражені вірусом людські клітини. Унікальність таких клітин полягає ще й у тому, що вони живуть в організмі протягом майже 2 років і формують імунітет до ВІЛ. Які досягнення генної інженерії у медицині? Генна інженерія, як ви уже знаєте, є напрямом молекулярної біології та генетики, що розробляє лабораторні методи цілеспрямованого утворення організмів з новими комбінаціями спадкових властивостей. Генна інженерія виявилася дуже перспективною для медицини передусім у створенні нових методів біотехнології: отримання ліків (інсулін, соматостатин, інтерферони, соматотропін), створення й застосування рекомбінантних вакцин (наприклад, проти гепатиту В і папіломи людини), генетичного тестування (наприклад, для визначення спадкової схильності новонароджених до певних хвороб). Найпоширенішими є методи генотерапії. Генотерапія - це лікування захворювань шляхом заміни дефектних генів нормальними. Основою генотерапії є методи внесення змін у генетичний апарат клітин пацієнтів з метою спрямованої зміни генних дефектів або надання клітинам нових функцій. Залежно від способу введення ДНК у геном пацієнта генотерапія може відбуватися в культурі клітин (ex vivo) або безпосередньо в організмі (in vivo) (іл. 99). У генотерапії вирізняють такі види, як: а) фетальна генотерапія - чужорідну ДНК вводять у зиготу (ембріон) на ранній стадії розвитку; б) соматична генотерапія - введення генів у соматичні клітини пацієнта; в) позаорганізмова генотерапія - введення генів у культивовані клітини і пересадка цих клітин пацієнтам; г) активація власних генів організму з метою подолання дії мутантного гена. Нині у світі вже близько 400 проектів перебувають на стадії клінічних випробувань, серед яких лікування муковісцидозу, гемофілії, імунодефіцитів, серпоподібно-клітинної анемії тощо. Одним із основних інструментів для сучасних генотерапевтичних проектів є технологія редагування ДНК - CRISPR/Cas9. За допомогою цієї системи розроблено технології для видалення ВІЛ із клітин живого організму, лікування хвороби Паркінсона, амаврозу Лебера, пухлин мозку, раку крові та ін....

Досягнення трансплантології, репродуктивної медицини та донорства

11 Клас

У репродуктивній медицині використовуються знання біологічних (генетики, кріобіології, цитології, молекулярної біології) та медичних (гінекології, репродуктології) наук. За останні десятиліття у репродуктивній медицині розроблено новітні методики, що спрямовано на реалізацію репродуктивної функції подружніх пар, які не можуть зачати дитину природним шляхом: а) сурогатне материнство; б) заморожування ембріонів; в) банк донорської сперми; г) методика стимульованих циклів; д) пронуклеарне перенесення ядер (у донорську яйцеклітину, позбавлену ядра, переносять ядро з іншої яйцеклітини). Ці та інші методики стали основою допоміжних репродуктивних технологій, що їх використовують для лікування безпліддя, за якого деякі етапи відбуваються поза межами організму людини. До таких технологій належать: внутрішньоматкове осіменіння (введення попередньо обробленої сперми чоловіка або донора в порожнину матки жінки), Донорство яйцеклітин, ін'єкція сперматозоона в цитоплазму ооцита (іл. 97). Основною технологією сучасної репродуктивної медицини є екстракорпоральне запліднення (ЕКЗ, штучне запліднення in vitro, «запліднення в пробірці»). Це методика, згідно з якою яйцеклітини жінки запліднюється поза її організмом і через кілька діб вводяться в порожнину матки з метою створення вагітності. Екстракорпоральне запліднення вперше в історії людства було проведено в 1978 р. Розвивається репродуктивний туризм - це діяльність, пов'язана з тимчасовим виїздом до іншої країни для репродуктивного лікування. Його можна розглядати як напрям медичного туризму, що дає змогу поєднати медичне обслуговування з відпочинком в оздоровчих, SPA- і Wellness-центрах. Найпопулярнішими країнами для репродуктивного туризму в Європі стають Австрія, Південна Корея, а також Україна. Головними напрямами цього виду туризму в нашій державі є донорство й сурогатне материнство....

Навігація