Войти
Закрыть

Загальні закономірності формування адаптацій

11 Клас

АДАПТАЦІОГЕНЕЗ (від лат. adaptatio - пристосування і грец. генезис - походження ) - процес формування нових пристосувань або удосконалення існуючих до певних умов існування завдяки зміні генетичної структури популяції під дією еволюційних чинників. Механізм цього процесу полягає у формуванні корисних ознак в організмів певної популяції, що є елементарною одиницею еволюції. Процес формування адаптацій починається найчастіше з появи дрібних спадкових ознак в окремих особин (елементарний еволюційний матеріал). Так, у предків їжаків тіло було вкрите густою жорсткою шерстю. У окремих організмів завдяки спадковій мінливості виникла мутація, що зумовила появу окремих жорсткіших волосин. Схрещування цих особин супроводжувалося взаємодією мутаційного алеля з іншими алельними або неалельними генами і формуванням густішого колючого покриву, що сприяло кращому захисту від хижаків. Цю зміну волосяного покриву «посилив» природній добір. Більш пристосовані особини давали численне потомство, ознака поширювалася, що привело до стійкої зміни генетичної структури популяції (елементарне еволюційне явище). Відбулося виникнення адаптації. Появу в популяції вдалого фенотипу ще не можна вважати адаптацією. Вона має місце лише після формування ознаки у більшості особин популяції. Цей спосіб формування пристосувань називають комбінативним і вважають найпоширенішим у природі. Основу нового пристосування часто становить структура, яка сформувалася раніше і виконувала певну функцію, а за зміни умов існування набула і нової функції. Наприклад, черепашки молюсків, що сформувалися у водному середовищі, стали корисними під час опанування суходолу, захищаючи організм не лише від хижаків, а й від пересихання. Оперення птахів виникло для регуляції температури тіла, а згодом адаптовано для польоту; луска акул, що формувалась для захисту, згодом набула функції формування зубів (іл. 4). Такий спосіб формування пристосувань називають преадаптивним. Преадаптації - еволюційні зміни, що забезпечують появу нових пристосувань за участі сформованих структур організмів у змінених умовах існування....

Адаптація як загальна властивість біосистем

11 Клас

ЖИТТЯ! ЖИТТЯ! ЖИТТЯ! Якими складними й багатогранними є прояви цього феномену природи. Але, незважаючи на дивовижне різноманіття, для живого характерні певні загальні властивості. Однією із них і є адаптація. Ця властивість живого настільки всеосяжна, що нерідко ототожнюється із самим поняттям життя. У найпростішому тлумаченні під адаптацією розуміють здатність організмів пристосуватися до мінливих умов зовнішнього середовища. Прикладами адаптацій можуть бути: маскування птаха дрімлюги, який в Україні гніздиться по всій території, але мало хто його бачив (іл. 1); формування імунітету проти інсектицидів у комах-шкідників; збільшення сили м'язів людини внаслідок тренувань. Адаптація реалізується не лише на рівні організму. Її прояви існують на кожному з рівнів організації біосистем і притаманні їм усім. Клітинними адаптаціями є пристосування на рівні одноклітинних організмів або окремих клітин багатоклітинних організмів. Так, під дією ультрафіолетового випромінювання на мембрани епітеліоцитів синтезується фермент тирозиназа й утворюється меланін; нестача кисню стимулює збільшення кількості мітохондрій і посилення процесу біологічного окиснення; поява нового джерела поживних речовин спричиняє появу нових ферментів у клітинах бактерій....

Біологія і екологія 11 клас Соболь (рівень стандарту)

11 Клас

«Найстрашніше у світі - це бути заспокоєним», - відомі рядки харківського поета Михайла Кульчицького (1919-1943). Можна спокійно спостерігати, як маршрутне таксі викидає клуби смердючого диму, спокійно слухати повідомлення про загибель лебедів від забруднення озера нафтопродуктами, спокійно дивитися на вирубані карпатські полонини і порожні пляшки в лісі під час грибного полювання... А можна щось робити відповідно до своїх сил і можливостей. Ви завершуєте шкільне навчання і вступаєте в життя, яке гостро потребує доброго ставлення до інших людей та природи. Ця книжка є продовженням підручника «Біологія і екологія (рівень стандарту)» для 10 класу. Ви зрозумієте необхідність пізнання живої природи, її найзагальніші закономірності функціонування та збереження за умов екологічної кризи. Зміст підручника ґрунтується на засадах продуктивного вивчення біології із застосуванням компетентнісного підходу. Книжка допоможе вам не лише в здобутті теоретичних знань, а й у продуктивній і творчій діяльності та формуванні ставлення до навколишнього світу. Матеріал підручника поділено на теми й окремі параграфи. Основними частинами параграфів підручника є такі рубрики. Вступна частина містить епіграф до параграфа, рубрики «Основні поняття й ключові терміни», «Пригадайте!», «Знайомтеся!», «У світі цікавого», «Новини науки», «Поміркуйте!», а також ілюстративні завдання, вступні вправи, класичні експерименти для формування мотивації до навчання. Крім того, подано завдання, кольорові ілюстрації, відомості про живу природу, що є потужним стимулом до діяльності. «ЗМІСТ» містить матеріал для засвоєння й формування знань, умінь, навичок, способів діяльності та переконань. Великими літерами синього кольору виділено ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ, що організовують найважливішу інформацію, а малими синіми літерами - ключові терміни, що узагальнюють певну частину інформації. Основні поняття й ключові терміни є обов'язковими для запам'ятовування на відміну від понять, поданих курсивом. Матеріал «Змісту» поділений на частини, до яких подається запитання, а в кінці - узагальнювальний висновок. Ілюстративний апарат підручника містить малюнки, рисунки, світлини, таблиці, схеми тощо....

Роль біології та екології у розв’язанні сучасних глобальних проблем людства

11 Клас

Біологічні та екологічні дослідження потрібні для створення наукових основ прогнозування та планування розвитку сталого (збалансованого) людського суспільства майбутнього. Для цього важливо відвернути наявну загрозу сучасної біосферної кризи. Специфічність загрози сучасної біоценотичної кризи, як і всіх майбутніх, - у змінах біосфери, спричинених господарською діяльністю людини. Для створення екологічно стабільного суспільства, тобто ноосфери, людство повинне в найближчому майбутньому взяти під контроль стрімке зростання народонаселення; замість використання невідновних ресурсів експлуатувати відновні; упроваджувати екологічно обґрунтовані технології збільшення виробництва продуктів харчування; припинити знищувати первинні ліси і перейти до промислового використання вторинних і штучних лісонасаджень з наступним їхнім відновленням; зменшувати об’єми стічних вод, запроваджувати надійні способи очищення та постійний контроль за якістю питної води, створювати замкнені системи водопостачання промислових та енергетичних об’єктів; здійснювати ефективний захист і відновлення природних екосистем. Одне з важливих завдань біології та екології - це вивчення біорізноманіття нашої планети. Воно далеке до завершення: науці невідомі не менше мільйона видів організмів, які нині мешкають на нашій планеті. Вивчення біорізноманіття створює наукові основи його охорони, адже без цього неможливе стабільне функціонування біосфери як глобальної екосистеми нашої планети. У галузі забезпечення суспільства продовольством важлива роль належить селекції, біотехнології, генній і клітинній інженерії. За допомогою сучасних методів учені створюють високопродуктивні породи тварин, сорти сільськогосподарських рослин і промислові штами мікроорганізмів. Генетична інженерія має значні перспективи і в галузі охорони здоров’я. Крім практичних напрямів (підвищення продуктивності штамів мікроорганізмів, перенесення в клітини прокаріотів генів еукаріотів, які відповідають за синтез важливих сполук - вітамінів, гормонів, ферментів тощо), у майбутньому вона зможе розв’язувати глобальні проблеми. Так, у галузі боротьби зі спадковими захворюваннями будуть ефективними методи генної терапії: вилучення з хромосом генів - носіїв інформації про ці захворювання, із заміною на безпечні алелі, та інші способи відповідних змін генотипу. Для подальшого розвитку генетичної інженерії створюють банки генів - колекції генів різноманітних організмів, вбудованих у...

Проблеми біологічної безпеки та біологічного захисту

11 Клас

Біологічна безпека - це стан середовища життєдіяльності людини, за якого відсутній негативний вплив його чинників (біологічних, хімічних, фізичних) на біологічну структуру і функцію людської особи в теперішньому і майбутніх поколіннях, а також відсутній необоротний негативний вплив на біологічні об’єкти природного середовища (біосферу) та сільськогосподарські рослини і тварин. У сучасному світі проблема біологічної безпеки стає надзвичайно важливою. Так, поширюються інфекційні та інвазійні захворювання, що не притаманні для певної території (наприклад, атипова пневмонія або лихоманка Ебола) або їх вважали вже неактуальними в результаті застосування масового вакцинування (кір, кашлюк, туберкульоз). Відсутність чіткої законодавчої бази та правил поведінки з небезпечними біологічними об’єктами створює передумови для незаконного обігу біологічних агентів, які можуть бути використані для виготовлення та розроблення нових видів біологічної зброї й можливості її застосування. Основні джерела біологічних загроз в Україні. Згідно зі «Стратегією забезпечення біологічної безпеки та біологічного захисту на період до 2020 року» основними біологічними загрозами (мал. 62.1) є: інфекційні захворювання, що мають тенденцію до епідемічного та епізоотичного (у випадку тварин) розповсюдження; природні осередки та природні резервуари збудників небезпечних та особливо небезпечних захворювань; біологічно небезпечні та потенційно небезпечні об’єкти як для людини, так і для біосфери у цілому (лабораторні штами та колекції патогенних мікроорганізмів і вірусів, організми, створені методами генної інженерії); застосування біологічної зброї; біологічний тероризм....

Досягнення молекулярної біології та генетики у медицині: генетичні основи персоналізованої медицини

11 Клас

Персоналізована медицина - це відповідна модель організації медичної допомоги, яка базується на виборі діагностичних, лікувальних і профілактичних засобів, оптимальних для пацієнта, що враховує його індивідуальні особливості. Відомо, що реакція на лікарські препарати значною мірою індивідуальна. При призначенні та дозуванні ліків потрібно враховувати вік пацієнта, його фізіологічний стан (наявність хронічних захворювань, вагітності, грудне вигодовування немовлят тощо) та взаємодію з іншими лікарськими препаратами. Так, у разі вживання одних і тих самих ліків у кожній групі пацієнтів можуть спостерігати різний ефект (мал. 61.1). Фармакогенетика - розділ медичної генетики, що вивчає генетичні особливості пацієнтів, які впливають на ефективність терапії за допомогою лікарських препаратів. Основна мета фармакогенетики - розроблення індивідуальних підходів до лікування пацієнтів, ураховуючи їхні генетичні особливості. Небажані реакції на ліки, причиною яких є особливості генотипу людини з хворобою, називають фармакогенетичними дефектами. Вони зумовлені порушеннями функцій генів, які кодують ферменти, що забезпечують метаболізм лікарських препаратів, транспортні білки або білки-мішені (наприклад рецептори), з якими зв’язується лікарський засіб (мал. 61.2). Фармакогенетичні дефекти є спадковими синдромами, але проявляються лише як відповідь на дію відповідного лікарського препарату. Частоти відповідних алелів і генотипів у людській популяції можуть бути дуже високими. Це зумовлює надзвичайну важливість фармакогенетичного тестування для прогнозування фармакологічної відповіді пацієнта на лікарський препарат і персоналізованого підходу до вибору препарату та режиму його дозування. Фармакогенетичне тестування базується на визначенні фенотипових маркерів порушення дії препаратів (фенотипування пацієнтів) або на прямому генотипуванні пацієнтів за допомогою молекулярно-біологічних методів для визначення поліморфних варіантів генів, що визначають фармакологічну відповідь. Пригадаємо: поліморфні гени представлені в популяції кількома алелями, що зумовлює різноманітність станів ознак усередині виду....

Досягнення молекулярної біології та генетики у медицині: генна інженерія людини

11 Клас

Застосування методів генної інженерії щодо людини є однією з найбільш дискусійних тем. Чи потрібне втручання у геном людини? Якщо так, то у який спосіб? Чи це безпечно? Які при цьому можливі біоетичні проблеми? Генна терапія. Найбільш радикальним способом боротьби з різними захворюваннями, спричиненими змінами генетичної інформації клітин, є виправлення або знищення самої генетичної причини захворювання, а не її наслідків. Найбільше досліджень пов’язано з генною терапією онкологічних захворювань (мал. 60.1). Досягнення сучасної генної терапії людини. Перше повідомлення про успішне застосування соматичної генної терапії з’явилося у 1990 р. щодо чотирирічної дівчинки Ашанти Де Сильва із уродженим імунодефіцитом. Нині вона має функціональну імунну систему і веде нормальне життя. У 2012 р. у США та Європейському Союзі ліцензію на комерційне використання отримав перший засіб генної терапії для лікування недостатності ферменту ліпопротеїнліпази, що призводить до важкого ураження підшлункової залози. Однак через непомірну вартість цього лікування (близько 1 000 000 $) цією можливістю скористалась тільки одна людина у 2016 р. Улітку 2018 р. у США правління із санітарного нагляду за якістю харчових продуктів і медикаментів (Food and Drug Administration, FDA) схвалило використання генної терапії для пацієнтів у віці від 3 до 25 років із гострим лімфобластним лейкозом. Ця терапія ґрунтується на створенні химерних антигенних рецепторів CAR-Т. Трансгенні Т-лімфоцити, «оснащені» цими рецепторами, здатні розпізнавати злоякісні клітини, а потім знищувати їх (мал. 60.2). Пройшов перший етап випробування генно-інженерний препарат SPK-FIX. Це вірусний вектор, який несе нормальну копію гена фактору зсідання крові IX і призначений для лікування однієї з форм гемофілії. Наприкінці лютого 2018 р. учений із Шеньчженського університету оголосив, що йому вдалося успішно відредагувати геном людської яйцеклітини. Він використав технологію редагування ДНК CRISPR/Cas9 (мал. 60.3). Метою редагування було вимкнути ген, який кодує білок, що дає змогу ВІЛ потрапити в клітину. Потенційно редагування ДНК може допомогти в боротьбі проти майже будь-яких захворювань - від спадкових до тих, які поки що є невиліковними (рак, ВІЛ, хвороба Альцгеймера тощо)....

Біотехнологія та генна інженерія тварин

11 Клас

Основні напрями біотехнології сільськогосподарських тварин пов’язані з підвищенням їхньої плодючості (репродуктивні технології); клонуванням і генною інженерією. Пригадаємо: до репродуктивних технологій належать, зокрема, штучне запліднення, запліднення та отримання ембріонів «у пробірці». Клонування тварин. На малюнку 59.1 зображено схему клонування ягняти Доллі (розгляньте її та пригадайте етапи цього процесу). Так, за допомогою пересаджування ядер соматичних клітин у яйцеклітини, які перед тим позбавляють ядер, отримують особину, генетично повністю ідентичну самці, від якої взято і яйцеклітину, і соматичну клітину (тобто її клон). Ця методика має неабиякий науковий інтерес, але вона ще недосконала і потребує великих витрат. У 1958 р. британський біолог Дж. Гьордон (мал. 59.2) провів експеримент з пересадження в без’ядерні ікринки шпорцевої жаби ядер соматичної клітини пуголовків. З деяких розвинулися нормальні жаби. Генетично модифікованих тварин отримують: за допомогою мікроін’єкції ДНК у запліднену яйцеклітину (мал. 59.3); уведенням генетично модифікованих ембріональних стовбурових клітин в ембріон на ранніх стадіях його розвитку; пересаджуванням генетично модифікованих ядер соматичних клітин в яйцеклітину; застосуванням векторів, створених на основі ретровірусів. Після введення ДНК яйцеклітини чи бластоцити імплантують у «сурогатну матір». Після народження тварин ідентифікують на наявність трансгену (у середньому на 100 вагітностей отримують одну трансгенну тварину). Для цього трансгенну тварину схрещують із звичайними. Далі можна схрещувати нащадків такої тварини між собою для отримання чистих трансгенних ліній. Чималим успіхом є отримання, розведення та офіційний продаж у Канаді та США генномодифікованої сьомги. У її геном додали ген гормону росту іншого, більшого за розмірами представника лососевих - чавичі. У результаті трансгенна риба росте і набирає масу значно швидше, на її розведення потрібно півтора року, а не три, як для звичайної сьомги. Трансгенних тварин (кіз, овець, свиней, кролів) використовують для синтезу білків, які застосовують у фармакології. Вони виділяються прямо в молоко. Це, наприклад, фактори зсідання крові, фібриноген, колаген, інтерферони та багато інших. Отримано модифікованих птахів, які відкладають яйця, що містять деякі білки людини, наприклад інтерферони....

Біотехнологія та генна інженерія рослин

11 Клас

Основні напрями сучасної біотехнології рослин: біотехнологія і мікроклональне розмноження рослин; створення культур клітин і тканин рослин; генна інженерія; клітинна інженерія; банки клітинних культур та їхня кріоконсервація для збереження генофонду рослин. Усі вони базуються на загальній властивості клітинної біології - соматичні (нестатеві) клітини є тотипотентними, завдяки чому з однієї соматичної клітини можна регенерувати цілісну рослину. Запам'ятаємо Тотипотентність (від лат. тотус - весь, цілий, потентіа - сила, можливість) - здатність однієї клітини багатоклітинного організму внаслідок поділу давати початок цілому новому організму. У тварин тотипотентними є зигота, у деяких видів - її прямі нащадки (наприклад, клітини морули). У рослин соматичні клітини можуть ставати тотипотентними внаслідок впливу великих доз певних фітогормонів (як-от, ауксинів). Мікроклональне розмноження - метод вегетативного розмноження рослин «у пробірці». Шматочки тканин вихідної рослини розміром 0,1 мм переносять на поживне середовище, у яке добавлено фітогормони, що стимулюють поділ клітин та утворення пагонів або подібних до них структур, які формуються у зародків. Далі новоутворені рослини розвиваються і ростуть на штучному середовищі в пробірці, потім їх переносять у ґрунт (мал. 58.1). Культури клітин і тканин рослин. Рослинні регулятори росту, які містить поживне середовище, стимулюють необмежене розмноження клітин і утворення недиференційованої клітинної маси - калюсу. Якщо потім калюс розділити на окремі клітини і продовжити культивувати ізольовані клітини на поживних середовищах, то з окремих клітин можна отримати повноцінні рослини (мал. 58.2). Культури клітин і тканин рослин використовують для отримання цінних речовин. Так, у культурі клітин раувольфії зміїної активно синтезуються алкалоїди, які використовують як ліки проти гіпертонії. З культур клітин женьшеню виділяють біологічно активні речовини. Це дає змогу отримувати рослинні лікарські препарати, не винищуючи рідкісні рослини. До отримання повноцінної рослини в культурі можна здійснювати попередню клітинну селекцію. Відбирають клітини, стійкі до гербіцидів, засолення, дії екстремальних температур, патогенів, а також ті, для яких характерний підвищений синтез корисних для людини речовин....

Біотехнологія, селекція та генна інженерія мікроорганізмів

11 Клас

Біотехнологія - це використання організмів чи біологічних процесів для отримання продуктів, потрібних людині, та наукове маніпулювання організмами, зокрема, на молекулярно-генетичному рівні. Людина здавна використовувала мікроорганізми для своїх потреб: дріжджі для виготовлення хлібу, пива та вина, бактерії та деякі цвілеві гриби - для сироваріння. Так, найдавніший рецепт пива археологи знайшли на шумерських клинописних табличках, вік яких - приблизно 8000 років. Нині близько сотні різноманітних видів мікроорганізмів (бактерій, актиноміцетів, одноклітинних еукаріотів) активно застосовують у біотехнологічних процесах у промисловому виробництві, сільському господарстві, медицині: для виготовлення лікарських засобів (наприклад, антибіотиків), синтезу ферментів, вітамінів, амінокислот, для виробництва харчових продуктів (хліба, пива, молочнокислих продуктів), а в сільському господарстві - для отримання силосу, утилізації органічних відходів тощо. Особливості селекційної роботи з мікроорганізмами. Мікроорганізми - дуже зручний об’єкт для селекції: є велика кількість вихідного матеріалу (за короткий проміжок часу на поживному середовищі виростають мільйони клітин); структура генома мікроорганізмів простіша, ніж у рослинних і тваринних клітин, мутаційні зміни можна побачити одразу в першому поколінні, бо прокаріоти мають набір спадкової інформації, яка відповідає гаплоїдному набору хромосом. Це робить селекцію ефективнішою (мал. 57.1). Нині виділяють три основних підходи до селекційної роботи з мікроорганізмами: 1) застосовують форму штучного добору, коли відбирають і розмножують окремі клітини з корисними мутаціями, отримуючи велику кількість нащадків однієї клітини з ідентичними генотипами (клони); 2) експериментальний мутагенез, за допомогою якого урізноманітнюють спадковий матеріал; 3) методи генної інженерії....

Навігація