Биологические системы егэ биология

«Биологические системы»

Код раздела ЕГЭ: 1.2. Биологические системы. Общие признаки биологических систем: клеточное строение, особенности химического состава, обмен веществ и превращение энергии, гомеостаз, раздражимость, движение, рост и развитие, воспроизведение, эволюция.

---

---

Биологические системы – это объекты различной сложности, имеющие несколько уровней структурно-функциональной организации и представляющие собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов. Примеры биологических систем: клетка, ткани, органы, организмы, популяции, виды, биоценозы, экосистемы разных рангов и биосфера.

Биологические системы (или живые системы) отличаются от тел неживой природы совокупностью признаков и свойств, среди которых основными являются:

• клеточное строение (Все существующие на Земле организмы состоят из клеток. Исключением являются вирусы, проявляющие свойства живого только в других организмах.);
• особенности химического состава (Главными особенностями химического состава клетки и многоклеточного организма являются соединения углерода — белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты. В неживой природе эти соединения не образуются);
• обмен веществ и превращения энергии (Обмен веществ — совокупность биохимических превращений, происходящих в организме и других биосистемах. Все живые системы являются открытыми системами, через которые непрерывно идут потоки веществ, энергии и информации. К открытым системам относят системы, между которыми и окружающей средой происходит обмен веществ и энергии, например, растения в процессе фотосинтеза улавливают солнечный свет и поглощают воду и углекислый газ, выделяя кислород);
• гомеостаз — это способность биологических систем противостоять изменениям и поддерживать относительное постоянство химического состава, строения и свойств, а также обеспечивать постоянство функционирования в изменяющихся условиях окружающей среды;
• раздражимость — способность организма реагировать на внешние и внутренние раздражители (рефлексы у животных и тропизмы, таксисы и настии у растений);
• движение — возможность активного взаимодействия со средой, в частности, перемещение с места на место, захват пищи и т. п.;
• рост и развитие (Все организмы растут в течение своей жизни. Под развитием понимают как индивидуальное развитие организма, так и историческое развитие живой природы);
• воспроизведение (Способность живых систем воспроизводить себе подобных. В основе размножения лежит процесс удвоения молекул ДНК с последующим делением клеток);
• эволюция — естественный процесс развития живой природы, сопровождающийся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, видообразованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом.

Общность химического состава живых систем и неживой природы говорит о единстве и связи живой и неживой материи. Весь мир представляет собой систему, в основании которой лежат отдельные атомы. Атомы, взаимодействуя друг с другом, образуют молекулы. Из молекул в неживых системах формируются кристаллы горных пород, звезды, планеты, вселенная. Из молекул, входящих в состав организмов, формируются живые системы — клетки, ткани, организмы. Взаимосвязь живых и неживых систем отчетливо проявляется на уровне биогеоценозов и биосферы.

Уровни организации живых систем отражают соподчиненность, иерархичность структурной организации жизни. Уровни жизни отличаются друг от друга сложностью организации системы. Клетка устроена проще по сравнению с многоклеточным организмом или популяцией.

Структурная организация — живые системы Земли, характеризующиеся упорядоченностью и сложностью структур на всех уровнях организации, несмотря на то, что построены из тех же химических элементов, что и неживые.

---

Вы смотрели конспект по биологии «Биологические системы».
Читайте также другие конспекты, относящиеся к разделу ЕГЭ 1.2:

• Уровневая организация и эволюция. Основные уровни организации живой природы: клеточный организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический, биосферный.

в условии
в решении
в тексте к заданию
в атрибутах

Категория:

Атрибут:

Всего: 797    1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 …

Добавить в вариант

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

Всего: 797    1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 …

Биологические системы

Биологические объекты различной степени сложности (клетки, организмы, популяции и виды, биогеоценозы и саму биосферу) рассматривают в настоящее время в качестве биологических систем.

Система — это единство структурных компонентов, взаимодействие которых порождает новые свойства по сравнению с их механической совокупностью. Так, организмы состоят из органов, органы образованы тканями, а ткани формируют клетки.

Характерными чертами биологических систем являются их целостность, уровневый принцип организации, о чем говорилось выше, и открытость. Целостность биологических систем в значительной степени достигается за счет саморегуляции, функционирующей по принципу обратной связи.

К открытым системам относят системы, между которыми и окружающей средой происходит обмен веществ, энергии и информации, например, растения в процессе фотосинтеза улавливают солнечный свет и поглощают воду и углекислый газ, выделяя кислород.

Общие признаки биологических систем: клеточное строение, особенности химического состава, обмен веществ и превращения энергии, гомеостаз, раздражимость, движение, рост и развитие, воспроизведение, эволюция

Биологические системы отличаются от тел неживой природы совокупностью признаков и свойств, среди которых основными являются клеточное строение, особенности химического состава, обмен веществ и превращения энергии, гомеостаз, раздражимость, движение, рост и развитие, воспроизведение и эволюция.

Элементарной структурно-функциональной единицей живого является клетка. Даже вирусы, относящиеся к неклеточным формам жизни, неспособны к самовоспроизведению вне клеток.

Различают два типа строения клеток: прокариотические и эукариотические. Прокариотические клетки не имеют сформированного ядра, их генетическая информация сосредоточена в цитоплазме. К прокариотам относят прежде всего бактерии. Генетическая информация в эукариотических клетках хранится в особой структуре — ядре. Эукариотами являются растения, животные и грибы. Если в одноклеточных организмах клетке присущи все проявления живого, то у многоклеточных происходит специализация клеток.

В живых организмах не встречается ни одного химического элемента, которого бы не было в неживой природе, однако их концентрации существенно различаются в первом и во втором случаях. Преобладают в живой природе такие элементы, как углерод, водород и кислород, которые входят в состав органических соединений, тогда как для неживой природы в основном характерны неорганические вещества. Важнейшими органическими соединениями являются нуклеиновые кислоты и белки, которые обеспечивают функции самовоспроизведения и самоподдержания, но ни одно из этих веществ не является носителем жизни, поскольку ни по отдельности, ни в группе они не способны к самовоспроизведению — для этого необходим целостный комплекс молекул и структур, которым и является клетка.

Все живые системы, в том числе клетки и организмы, являются открытыми системами. Однако, в отличие от неживой природы, где в основном происходит перенос веществ с одного места в другое или изменение их агрегатного состояния, живые существа способны к химическому превращению потребляемых веществ и использованию энергии. Обмен веществ и превращения энергии связаны с такими процессами, как питание, дыхание и выделение.

Под питанием обычно понимают поступление в организм, переваривание и усвоение им веществ, необходимых для пополнения энергетических запасов и построения тела организма. По способу питания все организмы делят на автотрофов и гетеротрофов.

Автотрофы — это организмы, которые способны сами синтезировать органические вещества из неорганических.

Гетеротрофы — это организмы, которые потребляют в пищу готовые органические вещества. Автотрофы делятся на фотоавтотрофов и хемоавтотрофов. Фотоавтотрофы используют для синтеза органических веществ энергию солнечного света. Процесс преобразования энергии света в энергию химических связей органических соединений называется фотосинтезом. К фотоавтотрофам относится подавляющее большинство растений и некоторые бактерии (например, цианобактерии). В целом фотосинтез не слишком продуктивный процесс, вследствие чего большинство растений вынуждено вести прикрепленный образ жизни. Хемоавтотрофы извлекают энергию для синтеза органических соединений из неорганических соединений. Этот процесс называется хемосинтезом. Типичными хемоавтотрофами являются некоторые бактерии, в том числе серобактерии и железобактерии.

Остальные организмы — животные, грибы и подавляющее большинство бактерий — относятся к гетеротрофам.

Дыханием называют процесс расщепления органических веществ до более простых, при котором выделяется энергия, необходимая для поддержания жизнедеятельности организмов.

Различают аэробное дыхание, требующее кислорода, и анаэробное, протекающее без участия кислорода. Большинство организмов является аэробами, хотя среди бактерий, грибов и животных встречаются и анаэробы. При кислородном дыхании сложные органические вещества могут расщепляться до воды и углекислого газа.

Под выделением обычно понимают выведение из организма конечных продуктов метаболизма и избытка различных веществ (воды, солей и др.), поступивших с пищей или образовавшихся в нем. Особенно интенсивно процессы выделения протекают у животных, тогда как растения чрезвычайно экономны.

Благодаря обмену веществ и энергии обеспечивается взаимосвязь организма с окружающей средой и поддерживается гомеостаз.

Гомеостаз — это способность биологических систем противостоять изменениям и поддерживать относительное постоянство химического состава, строения и свойств, а также обеспечивать постоянство функционирования в изменяющихся условиях окружающей среды. Приспособление же к изменяющимся условиям среды называется адаптацией.

Раздражимость — это универсальное свойство живого реагировать на внешние и внутренние воздействия, которое лежит в основе приспособления организма к условиям окружающей среды и их выживания. Реакция растений на изменения внешних условий заключается, например, в повороте листовых пластинок к свету, а у большинства животных она имеет более сложные формы, имеющие рефлекторный характер.

Движение — неотъемлемое свойство биологических систем. Оно проявляется не только в виде перемещения тел и их частей в пространстве, например, в ответ на раздражение, но и в процессе роста и развития.

Новые организмы, появляющиеся в результате репродукции, получают от родителей не готовые признаки, а определенные генетические программы, возможность развития тех или иных признаков. Эта наследственная информация реализуется во время индивидуального развития. Индивидуальное развитие выражается, как правило, в количественных и качественных изменениях организма. Количественные изменения организма называются ростом. Они проявляются, например, в виде увеличения массы и линейных размеров организма, что основано на воспроизведении молекул, клеток и других биологических структур.

Развитие организма — это появление качественных различий в структуре, усложнение функций и т. д., что базируется на дифференцировании клеток.

Рост организмов может продолжаться всю жизнь или заканчиваться на каком-то определенном ее этапе. В первом случае говорят о неограниченном, или открытом росте. Он характерен для растений и грибов. Во втором случае мы имеем дело с ограниченным, или закрытым ростом, присущим животным и бактериям.

Продолжительность существования отдельной клетки, организма, вида и других биологических систем ограничена во времени в основном из-за воздействия факторов окружающей среды, поэтому требуется постоянное воспроизведение этих систем. В основе воспроизведения клеток и организмов лежит процесс самоудвоения молекул ДНК. Размножение организмов обеспечивает существование вида, а размножение всех видов, населяющих Землю, обеспечивает существование биосферы.

Наследственностью называют передачу признаков родительских форм в ряду поколений.

Однако, если бы при воспроизведении признаки сохранялись, приспособление к меняющимся условиям окружающей среды было бы невозможным. В связи с этим появилось противоположное наследственности свойство — изменчивость.

Изменчивость — это возможность приобретения в течение жизни новых признаков и свойств, которое обеспечивает эволюцию и выживание наиболее приспособленных видов.

Эволюция — это необратимый процесс исторического развития живого.

Она базируется на прогрессивном размножении, наследственной изменчивости, борьбе за существование и естественном отборе. Действие этих факторов привело к огромному разнообразию форм жизни, приспособленных к различным условиям среды обитания. Прогрессивная эволюция прошла ряд ступеней: доклеточных форм, одноклеточных организмов, все усложняющихся многоклеточных вплоть до человека.

ВИДЕОУРОК

Биологическая система

– целостная система компонентов, выполняющих определенную функцию в живых системах. К биологическим системам относятся сложные системы разного уровня организации: биологические макромолекулы, субклеточные органеллы, клетки, органы, организмы, популяции.

Признаки биологических систем

– критерии, отличающие биологические системы от объектов неживой природы:

1. Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. В неживой природе самыми распространенными элементами являются кремний, железо, магний, алюминий, кислород. В живых же организмах 98% элементарного (атомного) состава приходится на долю всего четырех элементов: углерода, кислорода, азота и водорода.

2. Обмен веществ. К обмену веществ с окружающей средой способны все живые организмы. Они поглощают из среды элементы питания и выделяют продукты жизнедеятельности. В неживой природе также существует обмен веществами, однако при небиологическом круговороте они просто переносятся с одного места на другое или меняют свое агрегатное состояние: например, смыв почвы, превращение воды в пар или лед и др. У живых же организмов обмен веществ имеет качественно иной уровень. В круговороте органических веществ самыми существенными являются процессы синтеза и распада (ассимиляция и диссимиляция – см. дальше), в результате которых сложные вещества распадаются на более простые и выделяется энергия, необходимая для реакций синтеза новых сложных веществ.
Обмен веществ обеспечивает относительное постоянство химического состава всех частей организма и как следствие – постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.

3. Самовоспроизведение (репродукция, размножение) – свойство организмов воспроизводить себе подобных. Процесс самовоспроизведения осуществляется практически на всех уровнях жизни. Существование каждой отдельно взятой биологической системы ограничено во времени, поэтому поддержание жизни связано с самовоспроизведением. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур, обусловленное информацией, заложенной в нуклеиновой кислоте – ДНК, которая находится в родительских клетках.

4. Наследственность – способность организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Наследственность обеспечивается стабильностью ДНК и воспроизведением ее химического строения с высокой точностью. Материальными структурами наследственности, передаваемыми от родителей потомкам, являются хромосомы и гены.

5. Изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки и свойства; в ее основе лежат изменения материальных структур наследственности. Это свойство как бы противоположно наследственности, но вместе с тем тесно связано с ней. Изменчивость поставляет разнообразный материал для отбора особей, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования, что, в свою очередь, приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов.

6. Рост и развитие. Способность к развитию – всеобщее свойство материи. Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение объектов живой и неживой природы. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта, изменяется его состав или структура. Развитие живой формы материи представлено индивидуальным развитием (онтогенезом) и историческим развитием (филогенезом). Филогенез всего органического мира называют эволюцией. 
На протяжении онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организмов. В основе этого лежит поэтапная реализация наследственных программ. Индивидуальное развитие часто сопровождается ростом – увеличением линейных размеров и массы всей особи и ее отдельных органов за счет увеличения размеров и количества клеток. 
Историческое развитие сопровождается образование новых видов и прогрессивным усложнением жизни. В результате эволюции возникло все многообразие живых организмов на Земле.

7. Раздражимость – это специфические избирательные ответные реакции организмов на изменения окружающей среды. Всякое изменение окружающих организм условий представляет собой по отношению к нему раздражение, а его ответная реакция является проявлением раздражимости. Отвечая на воздействия факторов среды, организмы взаимодействуют с ней и приспосабливаются к ней, что помогает им выжить. 
Реакции многоклеточных животных на раздражители, осуществляемые и контролируемые центральной нервной системой, называются рефлексами. Организмы, не имеющие нервной системы, лишены рефлексов, и их реакции выражаются в изменении характера движения (таксисы) или роста (тропизмы).

8. Дискретность (от лат. discretus – разделенный). Любая биологическая система состоит из отдельных изолированных, то есть обособленных или отграниченных в пространстве, но тем не менее, тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Так, любая особь состоит из отдельных клеток с их особыми свойствами, а в клетках также дискретно представлены органоиды и другие внутриклеточные образования. 
Дискретность строения организма – основа его структурной упорядоченности. Она создает возможность постоянного самообновления системы путем замены износившихся структурных элементов без прекращения функционирования всей системы в целом.

9. Саморегуляция (авторегуляция) – способность живых организмов поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность физиологических процессов (гомеостаз). Саморегуляция осуществляется благодаря деятельности нервной, эндокринной и некоторых других регуляторных систем. Сигналом для включения той или иной регуляторной системы может быть изменение концентрации какого-либо вещества или состояния какой-либо системы.

10. Ритмичность – свойство, присущее как живой, так и неживой природе. Оно обусловлено различными космическими и планетарными причинами: вращением Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси, фазами Луны и т.д. 
Ритмичность проявляется в периодических изменениях интенсивности физиологических функций и формообразовательных процессов через определенные равные промежутки времени. Хорошо известны суточные ритмы сна и бодрствования у человека, сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих и многие другие. Ритмичность направлена на согласование функций организма с периодически меняющимися условиями жизни.

11. Энергозависимость. Биологические системы являются «открытыми» для поступления энергии. Под «открытыми» понимают динамические, т.е. не находящиеся в состоянии покоя системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к ним веществ и энергии извне. Живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступают из окружающей среды энергия и вещества в виде пищи. В большинстве случаев организмы используют энергию Солнца: одни непосредственно – этофотоавтотрофы (зеленые растения и цианобактерии), другие опосредованно, в виде органических веществ потребляемой пищи, – это гетеротрофы (животные, грибы и бактерии).

Тест № 1 по теме: «Основные свойства живого»

Вариант 1.

1! Из клеток состоят:

а) растения

б) грибы

в) люди

г) горные породы

2! Питание – это поступление в организм:

а) воды

б) любых веществ

в) веществ, необходимых для роста

г) веществ, необходимых для жизни

3. Ядовитые, ненужные и лишние вещества организмы удаляют с помощью:

а) дыхания

б) выделения

в) питания

г) движения

4! В течение всей жизни растут:

а) люди

б) животные

в) грибы

г) растения

5! Найдите верные утверждения:

а) бактерии состоят из одной клетки

б) животные растут всю жизнь

в) животные двигаются всю жизнь

г) растения выделяют кислород

6! О развитии можно говорить, если:

а) семя превратилось в растение

б) щенок вырос в собаку

в) листья повернулись к свету

г) маленькое дерево стало большим

Тест № 1 по теме: «Основные свойства живого»

Вариант 2.

1! Внутри много маленьких клеток у:

а) кошки

б) рябины

в) змеи

г) телевизора

2! Благодаря пище живые организмы получают:

а) энергию для жизни

б) вещества для «строительства» тела

в) вещества для «ремонта» тела

г) только вещества, необходимые для роста

3!* Ответные действия называют:

а) дыханием  

б) реакцией

в) движением

г) раздражимостью

4! Найдите верные утверждения:

а) все живые организмы состоят из клеток

б) растения питаются готовыми органическими веществами

в) все живые организмы размножаются

г) основной источник кислорода на Земле – растения

5. Животные больше двигаются чем растения потому, что:

а) им нужно больше пищи

б) им нужно больше энергии

в) они должны свою пищу поймать или найти

г) они состоят из клеток и размножаются

Тест № 1 по теме: «Основные свойства живого»

Вариант 3.

1! Из невидимых глазом клеток построены:

а) Луна

б) ваши родители

в) кочан капусты

г) деревянная скамейка

2!* Живые организмы получают энергию благодаря:

а) питанию  

б) движению

в) дыханию

г) выделению

3! Двигаться могут:

а) микробы  

б) растения

в) животные

г) только листья растений

4! Найдите ошибочные утверждения:

а) бактерии состоят из одной клетки

б) животные растут всю жизнь

в) животные двигаются все время

г) растения выделяют кислород

5! Выделение помогает организму избавиться от:

а) лишних питательных веществ

б) ядовитых веществ

в) непереваренных веществ

г) лишней энергии

6. Найдите верные утверждения:

а) если двигается, то живое

б) дышат только животные

в) к выделению отходов способны только животные

г) если размножается, то живое

Тест № 1 по теме: «Основные свойства живого»

Вариант 4.

1! Из клеток состоят:

а) горные породы

б) растения

в) люди

г) грибы  

2! Питание – это поступление в организм:

а) веществ, необходимых для жизни

б) веществ, необходимых для роста

в) любых веществ

г) воды   

3. Ядовитые, ненужные и лишние вещества организмы удаляют с помощью:

а) выделения  

б) дыхания

в) питания

г) движения

4! В течение всей жизни растут:

а) грибы  

б) животные

в) люди

г) деревья

5! Найдите верные утверждения:

а) бактерии состоят из одной клетки

б) растения выделяют кислород

в) дышат только грибы

г) животные растут всю жизнь

6! О развитии можно говорить, если:

а) маленькое дерево стало большим

б) семя превратилось в растение

в) листья повернулись к свету

г) щенок вырос в собаку

Тест № 1 по теме: «Основные свойства живого»

Вариант 5.

1! Внутри много маленьких клеток у:

а) окуня  

б) рябины

в) телевизора

г) змеи

2! Благодаря пище живые организмы получают:

а) только вещества, необходимые для роста

б) энергию для жизни

в) вещества для «ремонта» тела

г) вещества для «строительства» тела

3!* Ответные действия называют:

а) реакцией  

б) движением

в) раздражимостью

г) дыханием

4! Найдите верные утверждения:

а) растения питаются готовыми органическими веществами

б) все живые организмы размножаются

в) все живые организмы состоят из клеток

г) основной источник кислорода на Земле – растения

5. Животные больше двигаются чем растения потому, что:

а) им нужно больше пищи

б) они должны свою пищу поймать или найти

в) они состоят из клеток и размножаются

г) им нужно больше энергии

Тест № 1 по теме: «Основные свойства живого»

Вариант 6.

1! Из невидимых глазом клеток построены:

а) ваши родители  

б) Луна

в) клубень картофеля

г) волк

2!* Живые организмы получают энергию благодаря:

а) питанию

б) дыханию

в) движению

г) выделению

3! Двигаться могут:

а) растения

б) только листья растений

в) насекомые

г) бактерии

4! Найдите ошибочные утверждения:

а) животные растут всю жизнь

б) бактерии состоят из одной клетки

в) растения выделяют кислород

г) вирусы имеют клеточное строение

5! Выделение помогает организму избавиться от:

а) непереваренных веществ

б) лишней энергии

в) лишних питательных веществ

г) ядовитых веществ

6. Найдите верные утверждения:

а) клетки растений имеют ядро

б) дышат только животные

в) к выделению отходов способны только животные

г) грибы способны активно передвигаться

Ответы:

РЕШУ
ЕГЭ/ОГЭ – БИОЛОГИЯ-ВАРИАНТ УЧИТЕЛЯ (В ОКОШКО ВВЕСТИ НОМЕР ТЕСТА).

КЛАСС	УЧИТЕЛЬ	ТЕМА	НОМЕР ТЕСТА	КОДИФИКАТОР
9	Похилько Елена Валерьевна	Система, многообразие и эволюция живой природы	1467307	3.1-3.5
11	Организм как биологическая система	3038740	3.1-3.9
Многообразие организмов, их строение и жизнедеятельность	3038854	4.1-4.7

11 класс.
ЕГЭ. БИОЛОГИЯ. Раздел 3. Организм как биологическая система.

3.1. Разнообразие
организмов. Вирусы – неклеточные формы. 3.2. Воспроизведение организмов.
3.3. Онтогенез. 3.4. Генетика. Основные генетические понятия. 3.5. Закономерности наследственности.
3.6. Изменчивость признаков у организмов. 3.7. Вредное влияние мутагенов, алкоголя,
наркотиков, никотина на генетический аппарат клетки. Наследственные болезни
человека.
3.8. Селекция. Значение генетики для селекции.3.8.1. Генетика и селекция. 3.8.2. Методы работы И.В. Мичурина.
3.8.3. Центры происхождения культурных
растений. 3.9. Биотехнология, клеточная и генная
инженерия, клонирование.

3.1. –
3.2. Разнообразие организмов. Вирусы – неклеточные формы. Воспроизведение
организмов

 Жизнь на
Земле чрезвычайно многообразна. Живые существа впервые появились на
Земле примерно три с половиной миллиарда лет назад. Их потомки достигли такого
большого разнообразия, что в настоящее время число видов, населяющих Землю, достигает
нескольких миллионов. Среди них есть организмы, состоящие из одной клетки
— одноклеточные формы (бактерии и дрожжи), организмы,
состоящие из множества клеток — многоклеточные. Весь мир живых
организмов подразделяется на две большие группы:  1.доядерные
(прокариоты (от греч. «про» — раньше и «карион» — ядро))  —организмы,
имеющие ядерное вещество, но не имеющие ядерной оболочки, 2. ядерные ( эукариоты (от
греч. «эу» — настоящий и «кармой» — ядро)) —   имеют оформленное
ядро с ядерной оболочкой. Базируясь на основных признаках проявления жизни,
особенностях строения и жизнедеятельности организмов, весь современный мир
живого на планете систематики делят на 4 царства: Дробянки, Растения,Грибы, Животные.

Вместе с тем, к
этому перечню царств следует добавить представителей доклеточных форм
жизни, выделенных в отдельную группу, занимающую промежуточное положение
между живой и неживой природой  — вирусы (от
лат. «вирус» — яд). Это «неклеточные формы жизни», так как они проявляют
признаки жизни проникая в клетки живых организмов. Вирусология —
наука, изучающая неклеточные формы жизни. 1892 г. Д.И. Ивановским открыт вирус
табачной мозаики. 1917 г. открыт бактериофаг — вирус, поражающий бактерии. Вирусы
являются возбудителями ряда опасных заболеваний: оспы, гепатита, энцефалита,
краснухи, кори, бешенства, гриппа и др.

В отличие
от клеточных организмов у вирусов отсутствует собственная
система метаболизма. Это внутриклеточные паразиты. Вирусы вносят в
клетку только свою генетическую информацию. С матрицы вирусной ДНК или РНК —
синтезируется иРНК для образования вирусных белков рибосомами инфицированной
клетки. Молекула ДНК вирусов, или их геном (совокупность генов), может
встраиваться в хромосомы клетки хозяина, не проявляя себя неопределенно долгое
время.

Происхождение
вирусов.
Вирусы представляют собой автономные генетические структуры; предположительно
это — обособившиеся генетические элементы клеток, которые эволюционировали
вместе с клеточными формами.

Строение
вирусов.
Существуют ДНК- и РНК-содержащие вирусы. Просто организованные вирусы
представляют собой нуклеопротеиды, т. е. состоят из нуклеиновой кислоты и
нескольких белков, образующих оболочку — капсид (вирус табачной мозаики).
Сложно организованные вирусы имеют дополнительную оболочку — белковую или
липопротеиновую (вирусы гриппа, герпеса).

Действие
вируса на клетку. Вместе с капельками жидкости межклеточной среды
случайно внутрь клетки могут попадать вирусы, предварительно связавшись с
особым белком-рецептором на ее поверхности. Рецепторный механизм проникновения
вируса в клетку обеспечивает специфичность инфекционного процесса. Так, вирус
СПИДа (синдром приобретенного иммунодефицита), содержащий в качестве носителя
генетической информации РНК, специфически связывается с клетками крови —
лейкоцитами, отвечающими за иммунологическую защиту организма. Бактериофаг вводит
полый стержень в клетку бактерии и выталкивает через него ДНК (или РНК),
находящуюся в головке.

Геном бактериофага
попадает в цитоплазму, а капсид остается снаружи. Инфекционный процесс
начинается с проникновения в клетку вирусов и их размножения. Происходят
редупликация вирусного генома и самосборка капсида. Накопление вирусных частиц
приводит к выходу их из клетки вследствие «взрыва», в результате чего
целостность клетки нарушается и она погибает, либо путем почкования.

Размножение
в органическом мире: Половое С участием гамет С оплодотворением
Изогамия Гетерогамия Оогамия Без оплодотворения Партеногенез Без участия гамет
Гаметангиогамия Конъюгация Апогамия Гологамия Бесполое Собственно бесполое Эндогенные
споры (споры, зооспоры) Экзогенные споры (конидиеспоры) Шизогония Почкование
(кишечнополостные) Фрагментация (плоские черви, кишечнополостные) Личиночное
размножение (паразитические черви) Вегетативное размножение Грибы: части
мицелия, почкование (дрожжи), склероции (спорынья) Растения: черенками, усами,
корневищами, луковицами, отводками… Размножение  – это
воспроизведение генетически сходных особей данного вида, обеспечивающее непрерывность
и преемственность жизни. Различают следующие формы размножения:

1.Бесполое
размножение осуществляется при участии лишь одной
родительской особи и происходит без образования гамет. Дочернее поколение у
одних видов возникает из одной или группы клеток материнского организма, у
других видов — в специализированных органах. Различают следующие способы
бесполого размножения: деление, почкование, фрагментация,
полиэмбриония, споро­образование, вегетативное размножение.

Деление —
способ бесполого размножения, характерный для одноклеточных организмов, при
котором материнская особь делится на две или большее количество дочерних
клеток. Можно выделить: а) простое бинарное деление (прокариоты), б)
митотическое бинарное деление (простейшие, одноклеточные водоросли), в)
множественное деление, или шизогонию (малярийный плазмодий, трипаносомы). Во
время деления парамеции (1) микронуклеус делится митозом, макронуклеус —
амитозом. Во время шизогонии (2) сперва многократно митозом делится ядро, затем
каждое из дочерних ядер окружается цитоплазмой, и формируются несколько
самостоятельных организмов.

Почкование —
способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются в виде
выростов на теле родительской особи (3). Дочерние особи могут отделяться от
материнской и переходить к самостоятельному образу жизни (гидра, дрожжи), могут
остаться прикрепленными к ней, образуя в этом случае колонии (коралловые
полипы).

Фрагментация (4)
— способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются из
фрагментов (частей), на которые распадается материнская особь (кольчатые черви,
морские звезды, спирогира, элодея). В основе фрагментации лежит способность
организмов к регенерации.

Полиэмбриония —
способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются из фрагментов
(частей), на которые распадается эмбрион (монозиготные близнецы).

Вегетативное
размножение —
способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются или из частей
вегетативного тела материнской особи, или из особых структур (корневище,
клубень и др.), специально предназначенных для этой формы размножения.
Вегетативное размножение характерно для многих групп растений, используется в
садоводстве, огородничестве, селекции растений (искусственное вегетативное
размножение)

Вегетативный орган	Способ вегетативного размножения	Примеры
Корень	Корневые черенки	Шиповник, малина, осина, ива, одуванчик
Корневые отпрыски	Вишня, слива, осот, бодяк, сирень
Надземные части побегов	Деление кустов	Флокс, маргаритка, примула, ревень
Стеблевые черенки	Виноград, смородина, крыжовник
Отводки	Крыжовник, виноград, черемуха
Подземные части побегов	Корневище	Спаржа, бамбук, ирис, ландыш
Клубень	Картофель, седмичник, топинамбур
Луковица	Лук, чеснок, тюльпан, гиацинт
Клубнелуковица	Гладиолус, крокус
Лист	Листовые черенки	Бегония, глоксиния, колеус

Спорообразование (6)
— размножение посредством спор. Споры — специализированные
клетки, у большинства видов образуются в особых органах — спорангиях. У высших растений
образованию спор предшествует мейоз. Клонирование — комплекс
методов, используемых человеком для получения генетически идентичных копий
клеток или особей. Клон — совокупность клеток или особей,
произошедших от общего предка путем бесполого размножения. В основе получения
клона лежит митоз (у бактерий — простое деление).

2.Половое
размножение осуществляется при участии двух родительских
особей (мужской и женской), у которых в особых органах образуются
специализированные клетки — гаметы. Процесс формирования гамет
называется гаметогенезом, основным этапом гаметогенеза является мейоз. Дочернее
поколение развивается из зиготы  — клетки, образовавшейся в
результате слияния мужской и женской гамет. Процесс слияния мужской и женской
гамет —  оплодотворение. Обязательным следствием полового
размножения является перекомбинация генетического материала у дочернего
поколения.

Половое
размножение – процесс, в котором объединяется генетическая
информация от двух особей. Объединение генетической информации может
происходить при конъюгации (временном соединении особей для
обмена информацией, как это происходит у инфузорий) и копуляции (слиянии
особей для оплодотворения) у одноклеточных животных, а также при оплодотворении
у представителей разных царств. Особым случаем полового размножения
является партеногенез  у некоторых животных (тли, трутни
пчел). В этом случае новый организм развивается из неоплодотворенного яйца, но
до этого всегда происходит образование гамет.

Половое
размножение у покрытосеменных растений происходит путем двойного
оплодотворения:

в пыльнике цветка
образуются гаплоидные пыльцевые зерна, ядра которых делятся на два – генеративное
и вегетативное.

Попав на рыльце
пестика, пыльцевое зерно прорастает, образуя пыльцевую трубку.

Генеративное
ядро делится
еще раз, образуя два спермия. Один из них, проникая в
завязь, оплодотворяет яйцеклетку, а другой сливается с двумя полярными
ядрами двух центральных клеток зародыша, образуя триплоидный
эндосперм.

При половом
размножении особи разного пола образуют гаметы.

Женские особи
производят яйцеклетки, мужские – сперматозоиды,
обоеполые особи (гермафродиты) производят и яйцеклетки, и сперматозоиды.

В зависимости от
особенностей строения гамет, можно выделить следующие формы полового
размножения: изогамию, гетерогамию и овогамию.

Изогамия (1)
— форма полового размножения, при которой гаметы (условно женские и условно
мужские) являются подвижными и имеют одинаковые морфологию и размеры.

Гетерогамия (2)
— форма полового размножения, при которой женские и мужские гаметы являются
подвижными, но женские — крупнее мужских и менее подвижны.

Овогамия (3)
— форма полового размножения, при которой женские гаметы неподвижные и более
крупные, чем мужские гаметы. В этом случае женские гаметы называются яйцеклетками,
мужские гаметы, если имеют жгутики, — сперматозоидами, если не
имеют, — спермиями. Овогамия характерна для большинства видов
животных и растений. Изогамия и гетерогамия встречаются у некоторых примитивных
организмов (водоросли). Кроме вышеперечисленных, у некоторых водорослей и
грибов имеются формы размножения, при которых половые клетки не образуются:
хологамия и конъюгация. При хологамии происходит слияние друг
с другом одноклеточных гаплоидных организмов, которые в данном случае выступают
в роли гамет. Образовавшаяся диплоидная зигота затем делится мейозом с
образованием четырех гаплоидных организмов. При конъюгации (4)
происходит слияние содержимого отдельных гаплоидных клеток нитевидных талломов.
По специально образующимся каналам содержимое одной клетки перетекает в другую,
образуется диплоидная зигота, которая обычно после периода покоя также делится
мейозом. 3.3. Онтогенез  Онтогенез  – это
индивидуальное развитие организма от момента образования зиготы до смерти. В
ходе онтогенеза проявляется закономерная смена фенотипов, характерных для
данного вида. Различают два типа онтогенеза: 1.
Прямой: неличиночный (рыбы, птицы, пресмыкающиеся, яйцеклетки богаты
питательными веществами, значительная часть онтогенеза в яйце во внешней
среде), внутриутробный (млекопитающие, обеспечение жизненных функций и развития
зародыша материнским организмом через плаценту, роль провизорных органов).

2.
Непрямой –
когда организм проходит через стадию личинки – зародыша, способного к
самостоятельному существованию (насекомые, амфибии, иглокожие), для этого типа
онтогенеза характерен метаморфоз – превращение в зрелую особь.  Метаморфоз:

– неполный (яйцо-личинка-имаго)
–  свойствен тараканам, саранчовым, клопам. У этих насекомых из яйца
выходит личинка, похожая на взрослое насекомое (нимфа) и после
каждой линьки происходит постепенный рост имеющихся крыльев и
органов размножения. У стрекоз и подёнок личинки живут в водной среде, дышат
жабрами и лишены крыльев. При метаморфозе они превращаются в крылатых насекомых,
дышащих с помощью дыхалец.

– полный (яйцо-личинка-куколка-имаго):
у бабочек, жуков, комаров, пчёл, мух и др. развитие протекает с полным
метаморфозом, когда питание осуществляется на стадии личинки, а расселение и
размножение – на взрослой стадии. При этом в ходе превращений происходит
последовательная смена не похожих друг на друга форм: из яйца вылупляется
червеобразная личинка, которая после нескольких линек превращается в
малоподвижную куколку, а из куколки выходит крылатое взрослое насекомое с тремя
парами конечностей.  У двоякодышащих рыб личинка, имеющая наружные жабры,
превращается во взрослую особь с жабрами, лежащими в полости тела, а также
имеющую лёгкое. 
У земноводных похожий на малька рыб головастик, обитающий в воде, превращается
в лягушонка с лёгкими, конечностями, костными зубами, который выходит на сушу. Этапы
онтогенеза: 1. Пренатальный (дородовой, эмбриональный) –
от образования зиготы до выхода из яйцевых оболочек или рождения; организм не
способен к самостоятельному существованию, развивается внутри материнского
организма и полностью зависит от него. Стадии: зиготы;  бластулы 
– стадия развития многоклеточного зародыша после дробления зиготы
(митотического деления с самоудвоением ДНК, но без роста клеток). Все ядра
клеток-бластомеров диплоидные, с абсолютно одинаковой генетической информацией.
Обычно бластула состоит из 64 бластомеров. Зигота в процессе бластуляции не
увеличивается в размерах, увеличивается число клеток, из которых она состоит;
образуется однослойный зародыш, покрытый бластодермой, формируется
первичная полость тела – бластоцель; гаструлы  – стадия
образования зародышевых листков – эктодермы, энтодермы (у двухслойных
кишечнополостных и губок) и мезодермы (у трехслойных многоклеточных животных).
У кишечнополостных животных на этой стадии формируются специализированные
клетки, такие как стрекательные, половые, кожно-мускульные и т.д. Процесс
образования гаструлы называется гаструляцией. Нейрулы 
– стадии закладки отдельных органов. Гисто– и органогенеза  –
стадии появления специфических функциональных, морфологических и биохимических
различий между отдельными клетками и частями развивающегося зародыша. У
Позвоночных животных в органогенезе можно выделить: а) нейрогенез –
процесс формирования нервной трубки (головного и спинного мозга) из
эктодермального зародышевого листка, а также кожного покрова, органов зрения и
слуха; б) хордогенез – процесс формирования из мезодермы 
хорды, мышц, почек, скелета, кровеносных сосудов;

в) процесс
формирования из энтодермы  кишечника и связанных с ним органов
– печени, поджелудочной железы, легких. Последовательное развитие тканей и
органов, их дифференцировка происходит благодаря эмбриональной индукции 
– влиянию одних частей зародыша на развитие других частей. Это связано с
деятельностью белков, которые включаются в работу на определенных стадиях
развития зародыша. Белки регулируют активность генов, определяющих признаки
организма. Таким образом, становится понятным, почему признаки определенного
организма появляются постепенно. Все гены никогда не включаются в работу
вместе. В конкретное время работает лишь часть генов.

2.  Постнатальный
(послеродовой, постэмбриональный) – с момента рождения до
смерти; самостоятельное питание, передвижение и т.д. Важнейшим событием онтогенеза
является возможность осуществления размножения, по этому признаку выделяют
следующие периоды постнатального этапа онтогенеза: дорепродуктивный (особь
не способна к размножению) подразделяют на эмбриональный и ювенильный; репродуктивный (наиболее
стабильное состояние); пострепродуктивный – связан со старением,
характерно прекращение участия в размножении, устойчивость снижается. Различают
внешние признаки старости (снижение эластичности кожи, поседение волос,
развитие дальнозоркости) и внутренние (обратное развитие органов, снижение
эластичности кровеносных сосудов, нарушение кровоснабжения мозга, деятельности
сердца и др.). Все это приводит к снижению жизнеспособности и повышению
вероятности гибели.

Постэмбриональный
период человека подразделяется на следующие периоды: грудничковый
(от рождения до 4 недель); грудной (от 4 недель до года); дошкольный (ясельный,
средний, старший); школьный (ранний, подростковый); репродуктивный (молодой до
45 лет, зрелый до 65 лет); пострепродуктивный (пожилой до 75 лет и старческий –
после 75 лет). Онтогенез — индивидуальное развитие организма,
состоит из 3 перио­дов: Прогенез — созревание гамет и их
слияние с образованием зиготы. Эмбриональный период (или эмбриогенез)
– с момента образования зиготы до рождения или выхода организма из яйцевых
оболочек. Этапы эмбриогенеза: дробление, в результате которого
образуется бластула; гаструляция, в процессе которой возникают зародышевые
листки (эктодерма, энтодерма и мезодерма); образование тканей и органов. Спо­соб
дробления зиготы зависит от количества желтка и характера его рас­пределения
в цитоплазме яйцеклетки. Различают полное и неполное дроб­ление. Полное
дробление может быть равномерным и неравномерным, а неполное –
дискоидальным и краевым.  Процесс гаструляции осуществляется
разными способами и зависит от строения бластулы, т.е., в конечном счете, от
количества желтка в яйцеклетке. Для гаструляции характерны перемещения и
дифференцировка кле­ток, в результате чего образуется двух- или трехслойный
зародыш. После завершения гаструляции происходит развитие осевого ком­плекса:
хорды, нервной трубки, туловищной мезодермы; стадия нейрулы. Процесс
дифференцировки клеток определяется многими механизмами, среди которых важную
роль играет эмбриональная индукция.

Постэмбриональный
период начинается
после рождения или вы­хода организма из яйцевых оболочек. В нем различают прямое
развитие, которое проходит без личиночной стадии, и непрямое развитие, при кото­ром
имеется личиночная стадия, заканчивающаяся превращением (метаморфозом) во
взрослую особь. 

3.4.
Генетика. Основные генетические понятия

Генетика —
наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости.

Наследственность —
способность организмов передавать из поколения в поколение различные признаки,
свойства и особенности развития.

Изменчивость —
способность организмов изменяться в процессе индивидуального развития под
воздействием факторов среды, приобретать новые признаки.

Основоположником
генетики является Г. Мендель, проводивший опыты по
скрещиванию различных форм гороха, разработавший метод гибридологического
анализа и установивший ряд законов наследования (1865 г.).

Современная
генетика располагает комплексом различных методов.

Метод
гибридологического анализа — метод скрещивания особей с
альтернативными признаками; анализ проявления у гибридов только исследуемых
признаков, без учета остальных; выращивание и анализ потомства каждой особи
отдельно от других; ведение строгого количественного учета гибридов,
различающихся по исследуемым признакам.

Цитологический
метод —
микроскопическое изучение хромосом, ДНК на клеточном и субклеточном уровнях.

Цитогенетический
метод —
изучение хромосомного набора (кариотипа) — количества, формы, размеров хромосом
у различных организмов, а также изменения их количества, строения.

Генеалогический
метод, или метод
родословных, — изучение наследования какого-либо признака у человека в
ряду поколений родственников. Позволяет установить тип и характер наследования
признаков.

Близнецовый
метод —
изучение проявления признаков у однояйцовых близнецов с оценкой роли внешней
среды в реализации действия генов.

Математический
метод —
количественный учет наследования признаков.

Биохимический
метод —
изучение нарушений обмена веществ, возникающих в результате генных
наследственных изменений.

Онтогенетический
метод —
изучение действия генов в процессе индивидуального развития организма,
выявление присутствия рецессивных генов в гетерозиготном состоянии.

Популяционно-статистический
метод —
определение частот встречаемости различных генов в популяциях, позволяющее
вычислить количество гетерозиготных организмов и прогнозировать количество
особей с патологическими (мутантными) проявлениями действия генов.

Основными понятиями генетики
являются следующие.

Генотип —
совокупность всех генов одного организма.

Фенотип —
совокупность всех внутренних и внешних признаков организма, формирующихся в
процессе взаимодействия генотипа с окружающей средой.

У всех организмов
одного и того же вида каждый ген располагается в одном и том же месте — локусе строго
определенной хромосомы. В гаплоидном наборе хромосом (в
гаметах) представлен 1 ген, ответственный за развитие признака. В диплоидном
наборе хромосом (в соматических клетках) содержатся 2 гомологичные
хромосомы, соответственно 2 идентично расположенных аллельных гена,
определяющих развитие признака.

Альтернативные
признаки —
контрастные, взаимоисключающие признаки (например, белый — красный, гладкий —
морщинистый и т. д.).

Доминантный
признак (ген)
— преобладающий признак, подавляющий развитие другого альтернативного признака.
Проявляется всегда как в гомозиготном, так и в гетерозиготном состоянии. Ген,
его контролирующий, обозначается заглавной буквой, например, А. У человека
доминантными признаками являются, к примеру, черные волосы, темные глаза,
кудрявые волосы.

Рецессивный
признак (ген)
— подавляемый признак. Проявляется только в гомозиготном состоянии. Ген, его
контролирующий, обозначается строчной буквой, например, а.

Гомозиготный
организм (гомозигота)
— особь (зигота), дающая при самоопылении однородное, нерасщепляющееся
потомство. В гомологичных хромосомах содержит одинаковые аллельные гены (АА или
аа) и образует один сорт гамет: только с геном А, или только с геном а.

Гетерозиготный
организм (гетерозигота)
— особь (зигота), дающая расщепление. В гомологичных хромосомах содержит разные
аллели (Аа) и образует два сорта гамет: с геном А и с геном а.

3.5.
Закономерности наследственности Успех работы Грегора Менделя был
связан с тем, что он правильно выбрал объект исследования и соблюдал принципы, лежащие
в основе гибридологического метода: 1. в качестве объекта исследования
были взяты растения гороха одного вида. 2. растения заметно отличались по
сравниваемым признакам – высокие – низкие, с желтыми и зелеными семенами, с
гладкими и морщинистыми семенами. 3. первое поколение от исходных родительских
форм всегда было одинаковым: высокие родители давали высокое потомство, низкие
родители давали растения маленького роста; во втором поколении происходило
расщепление в признаках.

Первый
закон Менделя (правило единообразия): выведен на
основе статистических данных, полученных Г. Менделем при скрещивании разных
сортов гороха, имевших четкие альтернативные различия по следующим признакам:
форма семени (круглая / некруглая); окраска семени (желтая /
зеленая); кожура семени (гладкая / морщинистая) и т.д.

При скрещивании
растений с желтыми и зелеными семенами Мендель обнаружил, что все гибриды
первого поколения оказались с желтыми семенами (назвал этот признак доминантным).

Признак,
определяющий зеленую окраску семян, был назван рецессивным (отступающим,
подавленным).

1. На основании
полученных результатов и их анализа Мендель сформулировал свой первый
закон: при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся одной или
несколькими парами альтернативных признаков, все гибриды первого поколения
оказываются по этим признакам единообразными и похожими на родителя с
доминантным признаком.

В случае неполного
доминирования  только 25% особей фенотипически похожи на родителя с
доминантным признаком и 25% особей будут похожи на рецессивного по фенотипу
родителя. Остальные 50% гетерозигот будут от них фенотипически отличаться.

2. Для выявления
гетерозиготности особи по определенному аллелю, т.е. наличию рецессивного гена
в генотипе, используется анализирующее скрещивание. Для этого особь
с доминантным признаком (АА? или Аа?) скрещивают с гомозиготной по рецессивному
аллелю особью. В случае гетерозиготности особи с доминантным признаком
расщепление в потомстве будет 1:1 АА × аа → 100% Аа Аа × аа →
50% Аа и 50% аа

Второй
закон Менделя (закон расщепления).   При
скрещивании гетерозиготных гибридов первого поколения между собой, во втором
поколении обнаруживается расщепление по данному признаку. Это расщепление носит
закономерный статистический характер: 3 : 1 по фенотипу и 1: 2 :1 по генотипу.
В случае скрещивания форм с желтыми и зелеными семенами в соответствии со
вторым законом Менделя получают следующие результаты скрещивания. Появляются
семена как с желтой, так и с зеленой окраской.

Третий
закон Менделя (закон независимого наследования при
дигибридном (полигибридном) скрещивании): выведен на основе
анализа результатов, полученных при скрещивании особей, отличающихся по двум
парам альтернативных признаков. Например: растение, дающее желтые,
гладкие  семена скрещивается с растением, дающим зеленые, морщинистые
семена. Для дальнейшей записи используется решетка Пеннета. Во
втором поколении возможно появление 4 фенотипов в отношении 9 : 3 : 3 : 1 и 9
генотипов. В результате анализа выяснилось, что гены разных аллельных пар и
соответствующие им признаки передаются независимо друг от друга. Этот закон
справедлив: для диплоидных организмов; для генов, расположенных в разных
гомологичных хромосомах; при независимом расхождении гомологичных хромосом в
мейозе и их случайном сочетании при оплодотворении. Указанные условия
являются цитологическими основами дигибридного (и
полигибридного) скрещивания.

В экспериментах
Менделя установлена дискретность (прерывистость) наследственного
материала, что позже привело к открытию генов, как элементарных материальных
носителей наследственной информации. В соответствии с гипотезой чистоты
гамет в сперматозоиде или яйцеклетке в норме всегда находится только
одна из гомологичных хромосом данной пары. Именно поэтому при оплодотворении
восстанавливается диплоидный набор хромосом данного организма. Расщепление 
– это результат случайного сочетания гамет, несущих разные аллели. Так как
события случайны, то закономерность носит статистический характер,
т.е. определяется большим числом равновероятных событий – встреч гамет, несущих
разные (или одинаковые) альтернативные гены.

3.6.
Изменчивость признаков у организмов Изменчивость – это
всеобщее свойство живых систем, связанное с изменениями фенотипа и генотипа,
возникающими под влиянием внешней среды или в результате изменений
наследственного материала: наследственная (генотипическая) изменчивость
связана с изменением генотипа. Генотип — совокупность
всех генов одного организма, взаимодействующих между собой и передающихся по
наследству (это генетическая основа признаков). ненаследственная
(модификационная) изменчивость связана с изменением
фенотипа. Фенотип — совокупность всех внешних
наблюдаемых нами признаков организма (морфологических, физиологических,
биохимических, гистологических, анатомических, поведенческих и др.). Ненаследственная
(модификационная, фенотипическая) изменчивость — изменение
признаков и свойств организма, формирование фенотипа индивидуальной особи под
влиянием ее генотипа и условий среды, в которых протекает развитие: модификации —
ненаследственные изменения  фенотипа, которые возникают под действием
фактора среды, носят адаптивный характер, чаще всего обратимы (повышение
эритроцитов в крови при недостатке кислорода) морфозы —
ненаследственные изменения  фенотипа, которые возникают под действием
экстремальных факторов среды, не носят адаптивный характер, необратимы (ожоги,
шрамы) фенокопии — ненаследственные изменения 
фенотипа, которые напоминают наследственное заболевание (увеличение щитовидной
железы у жителей территорий, где наблюдается недостаток йода). Проявление
гена зависит от других генов генотипа, регуляторных влияний со стороны
эндокринной системы. При одинаковом генотипе в разных условиях среды признаки
могут быть различными. Наследуется не сам признак, а способность
формировать определенный фенотип в конкретных условиях среды
(наследуется определенная норма реакции).

Норма
реакции признака — пределы, степень, диапазон
изменяемости признака в зависимости от условий среды. Широта нормы реакции
обусловлена генотипом и зависит от важности признака в жизнедеятельности
организма. Разные признаки одного организма имеют неодинаковую норму
реакции. Качественные признаки обладают узкой
нормой реакции, допускающей единственный вариант реализации (например,
обеспечение постоянного для организмов данного вида строения, размеров органов;
рост человека, цвет глаз). Количественные признаки обычно
имеют широкую норму реакции (удойность коров,
яйценоскость кур). Наличие нормы реакции позволяет организмам приспосабливаться
к изменяющимся условиям среды и оставлять потомство. Чем шире норма реакции,
тем пластичнее признак, больше вероятность выживания вида в изменяющихся
условиях среды. Человек использует знания о нормах реакции для получения более
высокой продуктивности растений и животных, создавая оптимальные условия их
выращивания и содержания. Таким образом, модификационная
изменчивость характеризуется рядом особенностей: затрагивает только
фенотип особи (генотип не изменяется, соответственно эта форма изменчивости не
наследуется); определяется условиями существования; имеет групповой характер
сходных изменений, происходящих в соответствии с действием факторов среды и
нормой реакции; обычно имеет приспособительный характер к условиям среды; изменения
носят постепенный характер; способствует выживанию особей, повышает
жизнестойкость, приводит к образованию модификаций.

Модификации
образуют вариационный ряд изменчивости признака в
пределах нормы реакции от наименьшей до наибольшей величины. Причина
вариаций связана с воздействием различных условий на развитие
признака. Для определения предела изменяемости признака рассчитывают частоту
встречаемости каждой варианты и строят вариационную кривую. Вариационная
кривая — графическое выражение характера изменчивости признака.
Средние члены вариационного ряда встречаются чаще, что соответствует среднему
значению признака. Наследственная (генотипическая) изменчивость представлена
следующими формами: комбинативная изменчивость —
изменчивость, обусловленная генетической рекомбинацией, происходящей во время
мейоза, и приводящей к появлению у потомков новых комбинаций генов и
признаков. Источником рекомбинаций является половой процесс,
где возможны: случайное сочетание хромосом при оплодотворении; перекомбинация
генов (кроссинговер), унаследованных от родителей; случайное расхождение
хромосом во время мейоза. мутационная изменчивость —
изменчивость, обусловленная мутациями — качественными
или количественными изменениями генотипа. Мутации —
скачкообразные стойкие наследственные изменения структуры (качества) или
количества ДНК данного организма, возникающие внезапно и затрагивающие
различные признаки, свойства и функции организма. Таким образом, мутационная
изменчивость характеризуется следующими особенностями: затрагивает
генотип и наследуется; носит индивидуальный, скачкообразный характер; неадекватна
условиям среды; может привести к образованию новых признаков, популяций, либо
гибели организма. Существуют различные подходы к классификации
мутаций: А. По отношению к типу клеток (генеративному пути):
Соматические мутации, возникающие в соматических клетках, не
наследуются (за исключением организмов, размножающихся вегетативно). Они
распространяются на ту часть тела, которая развилась из измененной клетки. Для
видов, размножающихся половым путем, они не имеют существенного значения, но
для вегетативно размножающихся растений важны.  Генеративные мутации,
возникающие в половых клетках, наследуются (передаются по наследству в ряду
поколений). Б. По причинам возникновения: Спонтанные
(естественные) мутации, возникающие в природе без вмешательства
человека. Индуцированные (искусственные) мутации, вызываемые
специальным воздействием искусственных источников (химических, радиационных).

В. По
степени приспособительности: Полезные мутации.Вредные мутации
(чаще вредны). Безразличные мутации.

Г. По
направлению протекания: Прямые мутации.Обратные мутации.
Д. По характеру проявления в гетерозиготе:

      
•  Доминантные мутации. Рецессивные мутации (обычно
мутации рецессивны и фенотипически у гетерозигот не проявляются).

Е. По
локализации в клетке: Ядерные мутации связаны
с изменением хромосомного материала ядра клетки. Цитоплазматические
мутации связаны с изменением структуры ДНК митохондрий и
хлоропластов.

Ж. По
изменению в фенотипе: Биохимические мутации.Физиологические мутации. Анатомо-морфологические
мутации.Летальные мутации, резко снижающие жизнеспособность.

З. По
характеру изменений в генотипе: 1.Генные (точечные) мутации,
связанные с заменой, выпадением или добавлением нуклеотидов в молекуле ДНК.Они
приводят к изменению кода ДНК, нарушению рамки считывания, что влияет на состав
аминокислот в полипептидной цепи белка и его свойства. Часто такие изменения
вызывают образование новых измененных белков, блокируют синтез фермента или другого
вещества, что в свою очередь ведет к изменению признака и даже гибели
организма. 2.Хромосомные мутации, связанные с изменением
структуры хромосом.Их можно обнаружить в микроскоп. Различают следующие виды
структурных изменений хромосом: Делеция — утрата
участка хромосом Дупликация — удвоение участка хромосом Инверсия —
перевертывание на 180° отдельного участка хромосом. При этом число генов не
изменяется, а изменяется последовательность их расположения Транслокация —
обмен участками между негомологичными хромосомами. В результате изменяются
группы сцепления и нарушается гомологичность хромосом Транспозиция —
перемещение отдельного небольшого участка внутри одной хромосомы   Большинство
структурных хромосомных мутаций являются вредными для организма и ведут к
снижению его жизнеспособности. Исключение составляют перемещения участков из
одной хромосомы в другую, приводящие к возникновению ранее не существовавших
групп сцепления и появлению особей с новыми качествами, что важно для эволюции
и селекции.

3.Геномные
мутации,
связанные с изменением числа хромосом. Автополиплоидия (аутополиплоидия)
— кратное увеличение гаплоидного набора хромосом в клетке (кратное увеличение
одного и того же генома); возникает при разрушении веретена деления во время
митоза или мейоза, либо выпадении процесса цитокинеза (образования клеточной
перегородки), завершающего процесс деления, либо отсутствии редукционного
деления во время мейоза. Все это приводит к образованию гамет с набором (2п)
хромосом и особей с 4п, 6п и более хромосомами. Полиплоидия почти не
встречается у животных, но широко распространена у растений. Полиплоиды
отличаются от диплоидов более мощным ростом, большими размерами клеток,
листьев, цветков, плодов, семян и др. Большинство культурных растений — полиплоиды.
Амополиплоидия (амфиполиплоидия) — кратное увеличение числа
хромосом у гибридов, полученных в результате скрещивания разных видов (кратное
умножение гибридного генома). Например, при скрещивании ржи и пшеницы получен
гибрид со смешанным геномом (n + т), состоящим из гаплоидного набора хромосом
ржи и гаплоидного набора хромосом пшеницы. Полученные таким путем организмы
жизнеспособны, но стерильны. Для восстановления фертильности количество
хромосом каждого вида удваивается (2n + 2т). Гетерополиплоидия (анеуплоидия)
— увеличение числа хромосом, не кратное гаплоидному; возникают при нарушении
мейоза, когда после конъюгации хромосомы не расходятся, и в одну гамету
попадают обе гомологичные хромосомы, а в другую ни одной. Такая мутация
приводит к образованию гамет с набором (2n + 1) хромосом. Гетероплоидия вредна
для организма. Например, у человека появление лишней хромосомы в 21-й паре
вызывает синдром Дауна (слабоумие).

Цитоплазматические
мутации связаны
с изменением органоидов цитоплазмы, содержащих ДНК. Например, появление
пестролистности у растений связано с изменением ДНК хлоропластов; мутации
дыхательной недостаточности у дрожжей связаны с изменением ДНК
митохондрий. Цитоплазматические мутации наследуются по
материнской линии, так как зигота при оплодотворении всю цитоплазму получает от
матери.

Закон
гомологических рядов Н.И. Вавилова. Н.И. Вавилов,
изучая мутации у родственных видов, установил закон гомологических рядов
наследственной изменчивости. Виды и роды, генетически близкие, характеризуются
сходными рядами наследственной изменчивости. Причины гомологичных одинаковых
мутаций — общность происхождения генотипов. Этот закон позволяет предсказать
наличие определенного признака у различных родов одного семейства, если его
другие роды имеют данный признак. Примерами сходных мутаций у животных является
альбинизм и отсутствие шерсти у млекопитающих, альбинизм и отсутствие перьев у
птиц, короткопалость у крупного рогатого скота, овец, собак, птиц.

3.7.
Вредное влияние мутагенов, алкоголя, наркотиков, никотина на генетический
аппарат клетки. Наследственные болезни человека

Способность
к мутированию — свойство гена. Каждый ген мутирует
сравнительно редко, что имеет определенное биологическое значение, обеспечивая
относительное постоянство видов и их приспособленность к окружающей среде.

 Установлена
зависимость мутаций от физиологического состояния клетки, режима питания,
температуры и других естественных факторов.

При воздействии
ряда химических веществ (иприта, этиленамина, колхицина и др.), радиоактивных
изотопов, ионизирующих излучений, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей и др.
количество мутаций увеличивается в сотни раз и возрастает прямо пропорционально
их дозе.

Мутагены— факторы,
вызывающие мутации у живых организмов: физические мутагены (излучения,
температура); химические мутагены (токсичные вещества), биологические
мутагены (вирусы).

Общие
свойства мутагенов: универсальность —
способность вызывать мутации во всех живых организмах; отсутствие
нижнего порога действия — способность вызывать мутации даже в очень малых
дозах; спонтанность (ненаправленность) возникающих мутаций.

Употребление
алкоголя, наркотиков, никотина, некоторых лекарственных препаратов, равно
как и воздействие различных мутагенов, оказывает вредное влияние на
генетический аппарат клетки. Особенно опасны мутации в половых клетках,
которые могут передаваться из поколения в поколение. В этом плане особенно
актуальны мероприятия по защите окружающей среды от загрязнения мутагенами, а
для предупреждения и профилактики наследственных заболеваний человека — медико-генетическое
консультирование семейных пар.

Медицинская
генетика –
раздел антропогенетики, изучающий наследственные заболевания
человека, их происхождение, диагностику, лечение и профилактику. Основным
средством сбора информации о больном является медико-генетическое
консультирование. Оно проводится в отношении лиц, у которых среди родных
наблюдались наследственные заболевания. Цель – прогноз вероятности рождения
детей с патологиями, либо исключение возникновения патологий.

Наследственные
заболевания, передаваемые потомкам: генные, сцепленные с
Х-хромосомой – гемофилия, дальтонизм; генные, сцепленные с
У-хромосомой – гипертрихоз (оволосение ушной раковины); генные
аутосомные: фенилкетонурия, сахарный диабет, полидактилия, хорея
Гентингтона и др.; хромосомные, связанные с мутациями хромосом, например
синдром кошачьего крика ( частичная моносомия по короткому
плечу 5-й хромосомы (5p-). Синдром обусловлен делецией короткого плеча 5-й
хромосомы. У детей с этой хромосомной аномалией отмечается необычный плач,
напоминающий требовательное кошачье мяуканье или крик); геномные –
поли– и гетероплоидия – изменение числа хромосом в кариотипе организма. Полиплоидия –
двух– и более кратное увеличение числа гаплоидного набора хромосом в клетке.
Возникает в результате нерасхождения хромосом в мейозе, удвоения хромосом без
последующего деления клеток, слияния ядер соматических клеток.

Гетероплоидия
(анеуплоидия) –
изменение характерного для данного вида числа хромосом в результате их
неравномерного расхождения в мейозе. Проявляется в появлении лишней хромосомы (трисомия по
21 хромосоме ведет к болезни Дауна) или отсутствии в кариотипе гомологичной
хромосомы (моносомия). Например, отсутствие второй Х-хромосомы у женщин
вызывает синдром Тернера, проявляющийся в физиологических и умственных
нарушениях. Иногда встречается полисомия – появление нескольких лишних хромосом
в хромосомном наборе.

Методы
генетики человека. Генеалогический – метод
составления родословных по различным источникам – рассказам, фотографиям,
картинам. Выясняются признаки предков и устанавливаются типы наследования
признаков. Типы наследования: а) аутосомно-доминантное, б)
аутосомно-рецессивное, в) сцепленное с полом наследование. Человек, в отношении
которого составляется родословная, называется пробандом. Близнецовый.
Метод изучения генетических закономерностей на близнецах. Близнецы бывают
однояйцовые (монозиготные, идентичные) и разнояйцовые (дизиготные,
неидентичные). Цитогенетический. Метод микроскопического
изучения хромосом человека. Позволяет выявить генные и хромосомные мутации. Биохимический. На
основе биохимического анализа позволяет выявить гетерозиготного носителя
заболевания, например носителя гена фенилкетонурии можно выявить по повышенной
концентрации фенилаланина в крови. Популяционно-генетический.
Позволяет составить генетическую характеристику популяции, оценить степень
концентрации различных аллелей и меру их гетерозиготности. Для анализа крупных
популяций применяется закон Харди-Вайнберга.

3.8.1.
Генетика и селекция Селекция (от лат. selectio, seligere –
отбор) –это
наука о методах создания высокопродуктивных сортов растений, пород животных и
штаммов микроорганизмов.

Современная
селекция –это обширная область человеческой
деятельности, которая представляет собой сплав различных отраслей науки,
производства сельскохозяйственной продукции и ее комплексной переработки.
В ходе селекции происходят устойчивые наследственные преобразования
различных групп организмов. По словам Н.И. Вавилова, «…селекция
представляет собой эволюцию, направляемую волей человека». Известно, что
достижения селекции широко использовал Ч. Дарвин при обосновании основных
положений эволюционной теории. Современная селекция базируется на
достижениях генетики и является основой эффективного
высокопродуктивного сельского хозяйства и биотехнологии.

Задачи
современной селекции Создание новых и совершенствование старых
сортов, пород и штаммов с хозяйственно-полезными признаками.Создание
технологичных высокопродуктивных биологических систем, максимально использующих
сырьевые и энергетические ресурсы планеты.Повышение продуктивности пород,
сортов и штаммов с единицы площади за единицу времени.Повышение потребительских
качеств продукции.Уменьшение доли побочных продуктов и их комплексная
переработка.Уменьшение доли потерь от вредителей и болезней.

Учение о
современной селекции было создано Николаем Ивановичем Вавиловым
(1887–1943).

Многие
хозяйственно-полезные признаки являются генотипически сложными,
обусловленными совместным действием многих генов и генных комплексов.
Необходимо выявить эти гены, установить характер взаимодействия между ними,
иначе селекция может вестись вслепую. Поэтому Н.И. Вавилов утверждал, что
именно генетика является теоретической основой селекции.

Н.И. Вавилов
выделил следующие разделы селекции:

1) учение об
исходном сортовом, видовом и родовом потенциалах;

2) учение о
наследственной изменчивости (закономер­ности в изменчивости, учение о
мутациях);

3) учение о роли
среды в выявлении сортовых призна­ков (влияние отдельных факторов среды, 
учение о стадиях в развитии растений применитель­но к селекции);

4)
теория гибридизации как в пределах близких форм, так и отдаленных
видов;

5) теория
селекционного процесса  (самоопылители,  перекрестноопылители,
вегетативно и апогамно раз­множающиеся растения);

6) учение об
основных направлениях в селекционной работе, таких, как селекция на иммунитет,
на физиологические свойства (холодостой­кость, засухоустойчивость,
фотопериодизм), селекция на технические качества, химический состав;

7) частная
селекция растений, животных и микроорганизмов.

Учение об
исходном материале является основой современной селекции. Исходный
материал служит источником наследственной изменчивости – основы для
искусственного отбора. Н.И. Вавилов установил, что на Земле существуют районы с
особенно высоким уровнем генетического разнообразия культурных растений, и
выделил основные центры происхождения культурных растений (первоначально
Н.И. Вавилов выделил 8 центров, но затем сократил их число до 7). Для каждого
центра установлены характерные для него важнейшие сельскохозяйственные
культуры.

1. Тропический
центр – включает территории тропической Индии, Индокитая, Южного Китая
и островов Юго-Восточной Азии. Это родина таких растений, как рис, сахарный
тростник, чай, лимон, апельсин, банан, баклажан, а также большого количества
тропических плодовых и овощных культур.

2. Восточноазиатский 
центр – включает умеренные и субтропические части Центрального и
Восточного Китая, Корею, Япо­нию и большую часть о. Тайвань. Это родина таких
растений, как соя, просо, хурма, многих других овощных и плодовых культур.

3. Юго-западноазиатский центр –
включает территории внутренней нагорной Малой Азии (Анатолии), Ирана,
Афганистана, Средней Азии и Северо-Западной Индии. Сюда же примыкает Кавказ,
культурная флора кото­рого, как показали исследования, генетически связана с
Передней Азией. Родина мягких пшениц, ржи, овса, ячменя, гороха,
дыни.

Этот центр может
быть подразделен на следующие очаги:

а) Кавказский со множеством
оригинальных видов пшеницы, ржи и плодовых;

б) Переднеазиатский, включающий
Малую Азию, Внутреннюю Сирию и Палестину, Транс­иорданию, Иран, Северный
Афганистан и Среднюю Азию вместе с Китайским Туркеста­ном;

в) Северо-западноиндийский,  
включающий, помимо Пенджаба и примыкающих провинций Северной Индии и Кашмира,
также Белуджистан и Южный Афганистан. В исключительном видовом разно­образии
здесь сосредоточены дикие родичи пше­ницы, ржи
и различных европейских плодовых.

4.
Средиземноморский центр – включает страны, расположенные по берегам
Средиземного моря. Дал начало твердой пшенице, капусте, свекле, моркови, 
винограду, маслине, множеству других овощных и кормовых культур.

5. Абиссинский
центр – харак­теризуется рядом эндемичных видов и даже родов
культурных растений: кофейное дерево, арбуз, хлебный злак тэфф,  масличное
растение нуг, особый вид банана.

6. Центральноамериканский
центр, охватывающий обширную территорию Северной Америки, включая Южную
Мексику  – три очага: а) Горный южномексиканский, б) Центральноамериканский,
в) Вест-Индский островной.

Кукуруза,
подсолнечник, американские длинноволокнистые хлопчатники, какао (шоколадное
дерево), ряд видов фасоли, тыквенных, многих плодовых
(гвайява, аноны и авокадо).

7. Андийский 
центр, в пределах Южной Америки, приуроченный к Андийскому хребту. Это
родина картофеля, томата. Отсюда ведут начало хинное дерево и кокаиновый куст. Таким
образом, начальное введение в культуру подавля­ющего числа возделываемых
растений связано не только с флористическими областями, отли­чающимися
богатой флорой, но и с древнейшими цивилизациями. Н.И. Вавилов
выделил группу вторичных культур, которые произошли от сорняков:
рожь, овес и др. Н.И. Вавилов установил, что «важным моментом при оценке
материала для селекции является наличие в нем разнообразия наследственных
форм». Н.И. Вавилов различал следующие группы исходных сортов:
местные сорта, иноземные и  инорайонные сорта. При разработке теории
интродукции (внедрения) инорайонных и иноземных сортов «необходимо отличать
первичные очаги формообразования от вторичных». Например, в Испании
обнаружено «исключительно большое число разновидностей и видов пшениц»,
однако это объясняется «привлечением сюда многих видов из разных очагов».

Н.И. Вавилов
придавал большое значение новым гибридным формам. Разнообразие генов и
генотипов в исходном материале Н.И. Вавилов назвал генетическим
потенциалом исходного материала.

3.9.
Биотехнология, клеточная и генная инженерия, клонирование.  Биотехнология — это
производство необходимых человеку продуктов и материалов с помощью живых
организмов, культивируемых клеток и биологических процессов.

Возможности
биотехнологии необычайно
велики благодаря тому, что ее методы выгоднее обычных: они используются при
оптимальных условиях (температуре и давлении), более производительны,
экологически чисты и не требуют химических реактивов, отравляющих среду и др.

Объекты
биотехнологии: многочисленные представители групп живых
организмов — микроорганизмы (вирусы, бактерии, протисты, дрожжи и др.},
растения, животные, а также изолированные из них клетки и субклеточные
структуры (органеллы).  Биотехнология базируется на
протекающих в живых системах физиолого-биохимических процессах, в результате
которых осуществляются выделение энергии, синтез и расщепление продуктов
метаболизма, формирование химических и структурных компонентов клетки. Главные
направления биотехнологии:

1) производство с
помощью микроорганизмов и культивируемых эукариотических клеток биологически
активных соединений (ферментов, витаминов, гормональных препаратов),
лекарственных препаратов (антибиотиков, вакцин, сывороток, высокоспецифичных
антител и др.), а также белков, аминокислот, используемых в качестве кормовых
добавок;

2)  
применение биологических методов борьбы с загрязнением окружающей среды
(биологическая очистка сточных вод, загрязнений почвы и т. и.) и для защиты
растений от вредителей и болезней;

3)  
создание новых полезных штаммов микроорганизмов, сортов растений, пород
животных и т. п.

Задачи,
методы и достижения биотехнологии. 

Человечеству
необходимо научиться эффективно изменять наследственную природу живых
организмов, чтобы обеспечить себя доброкачественной пищей и сырьем и при этом
не привести планету к экологической катастрофе. Поэтому не случайно главной
задачей селекционеров в наше время стало решение проблемы создания
новых форм растений, животных и микроорганизмов, хорошо приспособленных к
индустриальным способам производства, устойчиво переносящих неблагоприятные
условия, эффективно использующих солнечную энергию и, что особенно важно,
позволяющих получать биологически чистую продукцию без чрезмерного загрязнения
окружающей среды. Принципиально новыми подходами к решению
этой фундаментальной проблемы является использование в селекции генной и
клеточной инженерии.

Генная
(генетическая) инженерия —раздел
молекулярной генетики, связанный с целенаправленным созданием новых молекул
ДНК, способных размножаться в клетке-хозяине и осуществлять контроль за
синтезом необходимых метаболитов клетки. Возникнув на стыке химии
нуклеиновых кислот и генетики микроорганизмов, генная инженерия занимается
расшифровкой структуры генов, их синтезом и клонированием, вставкой выделенных
из клеток живых организмов или вновь синтезированных генов в клетки растений и
животных с целью направленного изменения их наследственных свойств. Для
осуществления переноса генов (или трансгенеза) от одного вида организмов в другой,
часто очень далекий по своему происхождению, необходимо выполнить несколько
сложных операций: выделение генов (отдельных фрагментов
ДНК) из клеток бактерий, растений или животных. В отдельных случаях
эту операцию заменяют искусственным синтезом нужных генов; соединение
(сшивание) отдельных фрагментов ДНК любого происхождения в единую
молекулу в составе плазмиды; введение гибридной плазмидной ДНК,
содержащей нужный ген, в клетки хозяина; копирование (клонирование) этого
гена в новом хозяине с обеспечением его работы.

Клонированные гены
путем микроинъекции вводят в яйцеклетку млекопитающих или протопласты растений
(изолированные клетки, лишенные клеточной стенки) и из них выращивают целых
животных или растения, в геном которых встроены (интегрированы) клонированные
гены. Растения и животные, геном которых изменен путем генноинженерных
операций, получили название трансгенных растений или трансгенных
животных.

Уже получены
трансгенные мыши, кролики, свиньи, овцы, в геноме которых работают чужеродные
гены различного происхождения, в том числе гены бактерий, дрожжей,
млекопитающих, человека, а также трансгенные растения с генами других,
неродственных видов. Трансгенные организмы свидетельствуют о
больших возможностях генной инженерии как прикладной ветви молекулярной
генетики (например, получено новое поколение трансгенных растений, для которых
характерны такие ценные признаки, как устойчивость к гербицидам, к насекомым и
др.).

На сегодняшний
день методы генной инженерии позволили осуществить синтез в
промышленных количествах таких гормонов, как инсулин, интерферон и соматотропин
(гормон роста), которые необходимы для лечения ряда генетических болезней
человека — сахарного диабета, некоторых видов злокачественных образований,
карликовости,

С помощью
генетических методов были получены также штаммы микроогранизмов (Ashbya
gossypii, Pseudomonas denitrificans и др.), которые производят в десятки тысяч
раз больше витаминов (С, В₃, В₁₃, и др.), чем исходные
формы.

Клеточная
инженерия — совокупность методов, используемых для конструирования
новых клеток. Включает культивирование и клонирование клеток на специально
подобранных средах, гибридизацию клеток, пересадку клеточных ядер и другие
микрохирургические операции по «разборке» и «сборке» (реконструкции) жизнеспособных
клеток из отдельных фрагментов. 

В основе  клеточной
инженерии  лежит использование методов культивирования изолированных
клеток и тканей на искусственной питательной среде в регулируемых условиях. Это
стало возможным благодаря способности растительных клеток в результате
регенерации формировать целое растение из единичной клетки. Условия регенерации
разработаны для многих культурных растений — картофеля, пшеницы, ячменя,
кукурузы, томатов и др. Работа с этими объектами делает возможным использование
в селекции нетрадиционных методов клеточной инженерии — соматической
гибридизации, гаплоидии, клеточной селекции, преодоления нескрещиваемости в
культуре и др.

Клонирование — метод
получения нескольких идентичных организмов путем бесполого (в том числе
вегетативного) размножения. Таким способом на протяжении миллионов лет
размножаются в природе многие виды растений и животных. Однако сейчас термин
«клонирование» обычно используется в более узком смысле и означает
копирование клеток, генов, антител и даже многоклеточных организмов в
лабораторных условиях. Появившиеся в результате бесполого размножения
экземпляры по определению генетически одинаковы, однако и у них можно наблюдать
наследственную изменчивость, обусловленную случайными мутациями или создаваемую
искусственно лабораторными методами.

Биологическая система — целостная система компонентов, выполняющих определенную функцию в живых системах. К биологическим системам относятся сложные системы разного уровня организации: биологические макромолекулы, субклеточные органеллы, клетки, органы, организмы, популяции.

Признаки биологических систем (критерии, отличающие биологические системы от объектов неживой природы):

1. Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. В неживой природе самыми распространенными элементами являются кремний, железо, магний, алюминий, кислород. В живых же организмах 98% элементарного (атомного) состава приходится на долю всего четырех элементов: углерода, кислорода, азота и водорода. Эти элементы называются органогенами.

2. Обмен веществ. К обмену веществ с окружающей средой способны все живые организмы. Они поглощают из среды элементы питания и выделяют продукты жизнедеятельности. В неживой природе также существует обмен веществами, однако при небиологическом круговороте они просто переносятся с одного места на другое или меняют свое агрегатное состояние: например, смыв почвы, превращение воды в пар или лед и др. У живых же организмов обмен веществ имеет качественно иной уровень. В круговороте органических веществ самыми существенными являются процессы синтеза и распада (ассимиляция и диссимиляция — см. дальше), в результате которых сложные вещества распадаются на более простые и выделяется энергия, необходимая для реакций синтеза новых сложных веществ.

Обмен веществ обеспечивает относительное постоянство химического состава всех частей организма и как следствие — постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.

3. Самовоспроизведение (репродукция, размножение) — свойство организмов воспроизводить себе подобных. Процесс самовоспроизведения осуществляется практически на всех уровнях жизни. Существование каждой отдельно взятой биологической системы ограничено во времени, поэтому поддержание жизни связано с самовоспроизведением. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур, обусловленное информацией, заложенной в нуклеиновой кислоте — ДНК, которая находится в родительских клетках.

4. Наследственность — способность организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Наследственность обеспечивается стабильностью ДНК и воспроизведением ее химического строения с высокой точностью. Материальными структурами наследственности, передаваемыми от родителей потомкам, являются хромосомы и гены.

5. Изменчивость — способность организмов приобретать новые признаки и свойства; в ее основе лежат изменения материальных структур наследственности. Это свойство как бы противоположно наследственности, но вместе с тем тесно связано с ней. Изменчивость поставляет разнообразный материал для отбора особей, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования, что, в свою очередь, приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов.

6. Рост и развитие. Способность к развитию — всеобщее свойство материи. Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение объектов живой и неживой природы. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта, изменяется его состав или структура. Развитие живой формы материи представлено индивидуальным развитием (онтогенезом) и историческим развитием (филогенезом). Филогенез всего органического мира называют эволюцией.

На протяжении онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организмов. В основе этого лежит поэтапная реализация наследственных программ. Индивидуальное развитие часто сопровождается ростом — увеличением линейных размеров и массы всей особи и ее отдельных органов за счет увеличения размеров и количества клеток.

Историческое развитие сопровождается образование новых видов и прогрессивным усложнением жизни. В результате эволюции возникло все многообразие живых организмов на Земле.

7. Раздражимость — это специфические избирательные ответные реакции организмов на изменения окружающей среды. Всякое изменение окружающих организм условий представляет собой по отношению к нему раздражение, а его ответная реакция является проявлением раздражимости. Отвечая на воздействия факторов среды, организмы взаимодействуют с ней и приспосабливаются к ней, что помогает им выжить.

Реакции многоклеточных животных на раздражители, осуществляемые и контролируемые центральной нервной системой, называются рефлексами. Организмы, не имеющие нервной системы, лишены рефлексов, и их реакции выражаются в изменении характера движения (таксисы) или роста (тропизмы).

8. Дискретность (от лат. discretus — разделенный). Любая биологическая система состоит из отдельных изолированных, то есть обособленных или отграниченных в пространстве, но тем не менее, тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Так, любая особь состоит из отдельных клеток с их особыми свойствами, а в клетках также дискретно представлены органоиды и другие внутриклеточные образования.

Дискретность строения организма — основа его структурной упорядоченности. Она создает возможность постоянного самообновления системы путем замены износившихся структурных элементов без прекращения функционирования всей системы в целом.

9. Саморегуляция (авторегуляция) — способность живых организмов поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность физиологических процессов (гомеостаз). Саморегуляция осуществляется благодаря деятельности нервной, эндокринной и некоторых других регуляторных систем. Сигналом для включения той или иной регуляторной системы может быть изменение концентрации какого-либо вещества или состояния какой-либо системы.

10. Ритмичность — свойство, присущее как живой, так и неживой природе. Оно обусловлено различными космическими и планетарными причинами: вращением Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси, фазами Луны и т.д.

Ритмичность проявляется в периодических изменениях интенсивности физиологических функций и формообразовательных процессов через определенные равные промежутки времени. Хорошо известны суточные ритмы сна и бодрствования у человека, сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих и многие другие. Ритмичность направлена на согласование функций организма с периодически меняющимися условиями жизни.

11. Энергозависимость. Биологические системы являются «открытыми» для поступления энергии. Под «открытыми» понимают динамические, т.е. не находящиеся в состоянии покоя системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к ним веществ и энергии извне. Живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступают из окружающей среды энергия и вещества в виде пищи. В большинстве случаев организмы используют энергию Солнца: одни непосредственно — это фотоавтотрофы (зеленые растения и цианобактерии), другие опосредованно, в виде органических веществ потребляемой пищи, — это гетеротрофы (животные, грибы и бактерии).

Необходимо отметить, что выделение тех или иных признаков живого в определенной мере условно. Этот список, в принципе, можно дополнить еще несколькими десятками признаков.