Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Тестовые задания состоят из 2-х групп: А, предусматривающей выбор одного правильного варианта ответа из нескольких предложенных, а также указать верн...полностью>>
'Справочник'
Отечественные энциклопедии и справочники содержат весьма скупые сведения по истории города Перевоз Нижегородской области. Самый авторитетный из дорев...полностью>>
'Документ'
Говорят, что заслуги учителя определяются тем, насколько его жизнь, его опыт и мысли продлеваются в учениках. Если это действительно так, то величайш...полностью>>
'Сочинение'
За время развития исторического знания накопилась огромная масса ис­ториографических источников. Это различные по типу, объему, проблема­тике, содерж...полностью>>

Н. Н. Эволюция органического мира. М: Просвещение, 1991. 223 с. Н. Н. Воронцов л. Н. Сухорукова факультативный курс учебное пособие

Главная > Учебное пособие
Сохрани ссылку в одной из сетей:

Воронцов Н.Н. Эволюция органического мира.—М: Просвещение, 1991.—223 с.

Н.Н.ВОРОНЦОВ Л.Н.СУХОРУКОВА

ФАКУЛЬТАТИВНЫЙ КУРС

Учебное пособие для 9—10 классов средней школы

Рекомендовано

Главным учебно-методическим управлением общего среднего образования Госкомитета СССР по народному образованию

МОСКВА «ПРОСВЕЩЕНИЕ» 1991

ББК 28.02я72 В75

Рецензент:

учитель школы № 627 Москвы канд. биол. наук R. А. РАШКОВЛН

Воронцов Н. Н., Сухорукова Л. Н.

В75 Эволюция органического мира: Факультатив. курс-Учеб. пособие для 9—10 кл. сред. щк.—М-: Просвещение, 1991.—223 с. ил.— ISBN 5-09-002685-8.

Учебное пособие предназначено для учащихся, изучающих факульта­тивный курс «Эволюция органического мира», проявляющих интерес к проблемам эволюционной теории, В нем учащиеся найдут ответы на вопросы о происхождении жизни на Земле, о критериях жи:щи. выдвигае­мых современной наукой, о многообразии органического мир^, его охране и др.

ББК 28.02я72

" 103(03)-91 ISBN 5-09-002685-8

„ 4306020000—370 . . ., ,,., в:7Г.,.,»Г:—^— ""Ф- "исьмо — 90, № 130

Воронцов Н, 11., Сухорукова Ji. H., 1991

ПРЕДИСЛОВИЕ

Книга знакомит с историей развития и современным состоя­нием фундаментальной области биологической науки—теорией эволюции, рассказывает о проблемах, которые решала и решает эта наука. В книге содержатся ответы на вечные вопросы: как возникла и развивалась жизнь на нашей планете? Как объяснить бесконечное многообразие живых форм, удивительную приспо­собленность живых существ к среде обитания? Каковы движущие силы и направления эволюции? Как возник человек? К каким последствиям может привести освоение человеком живой обо­лочки Земли — биосферы?

В основу построения данного факультативного курса положе­на синтетическая теория эволюции (СТЭ), в которой обобщены данные, полученные при изучении живой природы на всех уровнях ее организации — от молекулярно-генетического до биосферно-биоценотического. Это и определило структуру книги, несколько отличающуюся от традиционного изложения материала в школь­ных учебниках. Факультативный курс начинается с рассмотрения основных закономерностей молекулярной биологии, цитологии и генетики, позволяющих дать понятие о явлениях наследствен­ности и изменчивости, лежащих в основе механизмов эволюцион­ного процесса. Сам процесс эволюции первоначально разверты­вается на популяционном уровне, так как именно здесь взаимо­действуют элементарные эволюционные факторы и эволюцион­ный материал. Знакомству с элементарными эволюционными факторами предшествует изложение теории Ч. Дарвина о дви­жущих силах и результатах эволюции, что позволяет рассматри­вать учение о микроэволюции как синтез классического дарви­низма и генетики.

В сопоставлении с микроэволюцией рассматривается понятие макроэволюции, показывается разнообразие форм жизни, возник­шее па длительном пути ее исторического развития.

Самая объемная по содержанию — глава V, посвященная возникновению и развитию жизни на Земле. Это объясняется тем, что раскрытие закономерностей эволюции материи от абио-генных форм движения к жизни, картины развития живой приро­ды, эволюции человека дают исключительные возможности при­общить читателя к тайнам возникновения и истории жизни на нашей планете, рассказать о расцвете и крушении разнообраз-

ных научных гипотез, о постановке и решении новых проблем, пользе научных поисков в пограничных областях разных дис­циплин.

Главная задача данного факультативного курса — заинтере­совать проблемами эволюции, помочь осознать причастность каждого из нас к общему потоку жизни, показать место человека в этом потоке и его ответственность за то, чтобы жизнь не преры­валась.

Авторы надеются, что эта книга послужит основой для даль­нейшего более углубленного изучения эволюционной теории, вопросов происхождения и развития жизни, антропогенеза, эволюции биосферы в целом.

Данный факультатив предусматривает работу с дополни­тельной литературой, проведение бесед и дискуссий, ознакомле­ние с методами научного исследования: наблюдением, экспери­ментом, моделированием биологических явлений, решением познавательных задач. В конце книги помещены справочные материалы, практические задания, которые помогут более глубо­кому пониманию данного факультативного курса.

Глава I МОЛЕКУЛЯРНЫЕ, ГЕНЕТИЧЕСКИЕ И ЦИТОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И ИЗМЕНЧИВОСТИ

Издавна человек стремился узнать, почему от каждого живого организма рождается ему подобный, почему при этом не отмеча­ется абсолютной схожести родителей и потомства ни в физи­ческих признаках, ни в характере. Теперь очевидно, что схожесть родителей и потомков организмов одного вида определяется наследственностью, т. е. способностью организмов проявлять в ряду поколений сходные признаки и свойства. Отличительные особенности организмов определяются изменчивостью способ­ностью организмов приобретать новые признаки в пределах вида. Два свойства — наследственность и изменчивость характер­ны не только для человека, но и для всего живого на Земле. Изучением этих важнейших свойств занимается наука генетика. Значительный вклад в раскрытие сущности и механизмов наслед­ственности и изменчивости внесли молекулярная биология и цитология (наука о клетке).

Рассматриваемые в данной главе сведения подготавливают к сознательному восприятию, более глубокому пониманию движущих сил, направлений и результатов эволюционного про­цесса.

КЛЕТКА—ЭЛЕМЕНТАРНАЯ СТРУКТУРНАЯ ЕДИНИЦА ЖИЗНИ

Клетка самая мелкая единица живого, лежащая в основе строения и развития растительных и животных организмов нашей планеты. Она представляет собой элементарную живую систему, способную к самообновлению, саморегуляции, само­воспроизведению.

Хотя отдельная клетка представляет собой наиболее простую форму жизни, строение ее достаточно сложно. Достижения цито­логии позволили проникнуть в глубинные механизмы строения и функции клетки. Мощным средством ее изучения служит электронный микроскоп, дающий увеличение до 1000000 раз и позволяющий рассматривать объекты в 200 нм. Напомним, что с помощью светового микроскопа можно изучать структуры

Рибосомы

Ицтпппячця ^-. / <——-—^ Центриппц

Лизосома

Рис. 1. Животная клетка под электронным микроскопом

размером лишь около 0,4 мкм. Если сравнить разрешающие спо­собности микроскопов и человеческого глаза, то световой в 500 раз сильнее глаза, а электронный в 500 раз сильнее светового ми­кроскопа.

Помимо электронного микроскопа, в цитологии используется ряд биохимических и биофизических методов исследования, по­могающих изучению состава и жизнедеятельности клетки. Живая клетка отграничена от окружающей среды наружной плазмати­ческой мембраной, состоящей из трех (белково-липидных) слоев. В самой клетке находятся ядро и цитоплазма. Ядро от цитоплаз­мы отграничено также трехслойной плазматической мембраной (рис. 1).

Цитоплазма. Цитоплазма представляет собой полужидкую слизистую бесцветную массу, содержащую 75—85% воды, 10— 12% белков и аминокислот, 4—6% углеводов, 2--3% жиров и липидов, 1% неорганических и других веществ. Цитоплазмати-ческое содержимое клетки способно двигаться, что способствует оптимальному размещению органоидов, лучшему протеканию биохимических реакций, выделению продуктов обмена и т. д. Слой цитоплазмы формирует разные образования: реснички, жгутики, поверхностные выросты. Последние играют важную роль в движении и соединении клеток между собой в ткани.

Цитоплазма пронизана сложной сетчатой системой, связан­ной с наружной плазматической мембраной и состоящей из сообщающихся между собой канальцев, пузырьков, уплощенных мешочков. Такая сетчатая структура названа вакуолярной систе­мой. Основными компонентами вакуолярной системы служат эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, ядерная мембрана.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС). Название этого органоида отражает место расположения его в центральной части цитоплаз­мы (греч. эндон—внутри). ЭПС представляет собой очень раз­ветвленную взаимосвязанную систему канальцев, трубочек, пу­зырьков, цистерн разной величины и формы, отграниченных мембранами от цитоплазмы клетки. Она бывает двух видов:

гранулярная, состоящая из канальцев и цистерн, поверхность которых усеяна зернышками (гранулами), и агранулярная, т. е. гладкая (без гран). Граны в эндоплазматической сети не что иное, как рибосомы. Интересно, что в клетках зародышей животных наблюдается в основном гранулярная ЭПС, а у взрослых форм — агранулярная. Зная, что рибосомы в цитоплазме служат местом синтеза белка, можно предположить, что гранулярная сеть пре­обладает в клетках, активно синтезирующих белок. Считают, что агранулярная сеть в большей степени представлена в тех клетках, где идет активный синтез липидов (жиров и жироподоб-ных веществ).

Оба вида эндоплазматической сети не только участвуют в синтезе органических веществ, но и накапливают и транспорти­руют их к местам назначения, регулируют обмен веществ между клеткой и окружающей ее средой.

Рибосомы. Рибосомы — немембранные клеточные органоиды, состоящие из рибонуклеиновой кислоты и белка. Их внутреннее строение во многом еще остается загадкой. В электронном микро­скопе они имеют вид округлых или грибовидных гранул. Каждая рибосома разделена желобком на большую и меньшую части (субъединицы). Часто несколько рибосом объединяются нитью специальной рибонуклеиновой кислоты (РНК), называемой ин­формационной (и-РНК). Рибосомы осуществляют уникальную функцию синтеза белковых молекул из аминокислот.

Комплекс Гольджи. Продукты биосинтеза поступают в про­светы полостей и канальцев ЭПС, где они концентрируются и транспортируются в специальный аппарат — комплекс Гольджи, расположенный вблизи ядра. Комплекс Гольджи участвует в транспорте продуктов биосинтеза к поверхности клетки и в выве­дении их из клетки, в формировании лизосом и т. д.

Лизосомы. Лизосомы (от греч. лизео—растворяю и сома— тело). Это органоиды клетки овальной формы, окруженные одно-слойной мембраной. В них находится набор ферментов, которые разрушают белки, углеводы, липиды. В случае повреждения ^и-зосомной мембраны ферменты начинают расщеплять и разрушать внутреннее содержимое клетки, и она погибает.

Клеточный центр. Клеточный центр можно наблюдать в клет­ках, способных делиться. Он состоит из двух палочковидных те­лец — центриолей. Находясь около ядра и аппарата Гольджи, клеточный центр участвует в процессе деления клетки, в образо­вании веретена деления.

Энергетические органоиды. Митохондрии (греч- митос — нить, хондрион — гранула) называют энергетическими станциями клеток. Такое название обусловливается тем, что именно в ми-тохондриях происходит извлечение энергии, заключенной в пита­тельных веществах. Форма митохондрий изменчива, но чаще всего они имеют вид нитей или гранул. Размеры и число их также не­постоянны и зависят от функциональной активности клетки.

На электронных микрофотографиях видно, что митохондрий состоят из двух мембран: наружной и внутренней. Внутренняя мембрана образует выросты, называемые юристами, которые сплошь устланы ферментами. Наличие крист увеличивает общую поверхность митохондрий, что важно для активной деятельности ферментов. На кристах происходят ферментативные реакции, в результате которых из фосфата и АДФ (аденозиндифосфата) синтезируется богатое энергией (макроэргическое) вещество АТФ (аденозинтрифосфат). Последнее служит основным источником энергии для всех внутриклеточных процессов.

В митохондриях обнаружены свои специфические ДНК и рибосомы. В связи с этим они самостоятельно размножаются при делении клетки.

Хлоропласты по форме напоминают диск или шар с двойной оболочкой — наружной и внутренней. Внутри хлоропласта также имеются ДНК, рибосомы и особые мембранные структуры— граны, связанные между собой и внутренней мембраной хлоро­пласта. В мембранах гран и находится хлорофилл. Благодаря хлорофиллу в хлоропластах происходит превращение энергии сол­нечного света в химическую энергию АТФ. Энергия АТФ исполь­зуется в хлоропластах для синтеза углеводов из углекислого газа и воды.

Ядро. Ядро самый заметный и самый большой органоид клетки, который первым привлек внимание исследователей. Ядро отделено от цитоплазмы двойной мембраной, которая не­посредственно связана с ЭПС и комплексом Гольджи. На ядерной мембране обнаружены поры, через которые (как и через наруж­ную цитоплазматическую мембрану) одни вещества проходят легче, чем другие, т. е. поры обеспечивают избирательную прони­цаемость мембраны.

Внутреннее содержимое ядра составляет ядерный сок, запол­няющий пространство между структурами ядра. В ядре всегда присутствует одно или несколько ядрышек. В ядрышке образу­ются рибосомы. Поэтому между активностью клетки и размером ядрышек существует прямая связь: чем активнее протекают про­цессы биосинтеза белка, тем крупнее ядрышки и наоборот, в клет­

ках, где синтез белка ограничен, ядрышки или очень невелики, или совсем отсутствуют.

В ядре находятся также молекулы ДНК, соединенные со спе­цифическими белками — гистонами. В процессе деления клетки — митоза — эти нуклеопротеиды спирализуются и представляют собой плотные образования—хромосомы, хорошо различимые в световом микроскопе. ДНК хромосом содержит наследственную информацию о всех признаках и свойствах данной клетки, о про­цессах, которые должны протекать в ней (например, синтез бел­ка). Кроме того, в ядре осуществляется синтез и-РНК, которая после транспортировки в цитоплазму играет существенную роль в передаче информации для синтеза белковых молекул.

ПРОВЕРЬТЕ СЕБЯ

1. В чем причины сходства и различия животных и растительных клеток?

2. Какова связь между рибосомами и эндоплазматической сетью?

3. Почему митохондрий образно называют «силовыми станциями» клеток?

4. Приведите примеры взаимосвязи строения клеточных орга­ноидов с выполняемыми ими функциями.

5. Почему ядро играет центральную роль в явлениях наслед­ственности?

БЕЛКИ — БИОПОЛИМЕРЫ

В основе жизнедеятельности клетки лежат биохимические процессы, протекающие на молекулярном уровне и служащие предметом изучения биохимии. Соответственно и явления наслед­ственности и изменчивости тоже связаны с молекулами органи­ческих веществ, и в первую очередь с нуклеиновыми кислотами и белками.

Состав белков. Белки представляют собой большие молекулы, состоящие из сотен и тысяч элементарных звеньев- аминокис­лот. Такие вещества, состоящие из повторяющихся элементар­ных звеньев — мономеров, называются полимерами. Соответ­ственно белки можно назвать полимерами, мономерами которых служат аминокислоты.

Всего в живой клетке известно 20 видов аминокислот. Назва­ние аминокислоты получили из-за содержания в своем составе аминной группы NHy, обладающей основными свойствами, и кар­боксильной группы СООН, имеющей кислотные свойства. Все аминокислоты имеют одинаковую группу NHyСНСООН и от­личаются друг от друга химической группой, называемой ра­дикалом -- R. Соединение аминокислот в полимерную цепь про­исходит благодаря образованию пептидной связи (СО - NH) меж-

9

ду карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой аминокислоты. При этом выделяется молекула воды. Если образовавшаяся полимерная цепь короткая, она называется олигопептидной, если длинная - по липе пт ид но и.

Строение белков. При рассмотрении строения белков выде­ляют первичную, вторичную, третичную структуры.

Первичная структура определяется порядком чередования аминокислот в цепи. Изменение в расположении даже одной аминокислоты ведет к образованию совершенно новой молекулы белка. Число белковых молекул, которое образуется при сочета­нии 20 разных аминокислот, достигает астрономической цифры.

Если бы большие молекулы (макромолекулы) белка распола­гались в клетке в вытянутом состоянии, они занимали бы в ней слишком много места, что затруднило бы жизнедеятельность клетки. В связи с этим молекулы белка скручиваются, изгибают­ся, свертываются в самые различные конфигурации. Так на основе первичной структуры возникает вторичная структура белковая цепь укладывается в спираль, состоящую из равномерных витков. Соседние витки соединены между собой слабыми водородными связями, которые при многократном повторении придают устой­чивость молекулам белков с этой структурой.

Спираль вторичной структуры укладывается в клубок, обра­зуя третичную структуру. Форма клубка у каждого вида белков строго специфична и полностью зависит от первичной структуры, т. е. от порядка расположения аминокислот в цепи. Третичная структура удерживается благодаря множеству слабых электро­статических связей: положительно и отрицательно заряженные группы аминокислот притягиваются и сближают даже далеко отстоящие друг от друга участки белковой цепи. Сближаются и иные участки белковой молекулы, несущие, например, гидро­фобные (водоотталкивающие) группы.

Некоторые белки, например гемоглобин, состоят из нескольких цепей, различающихся по первичной структуре. Объединяясь вместе, они создают сложный белок, обладающий не только третичной, но и четвертичной структурой (рис. 2).

В структурах белковых молекул наблюдается следующая за­кономерность: чем выше структурный уровень, тем слабее под­держивающие их химические связи. Связи, образующие четвер­тичную, третичную, вторичную структуру, крайне чувствительны к физико-химическим условиям среды, температуре, радиации и т. д. Под их воздействием структуры молекул белков разруша­ются до первичной — исходной структуры. Такое нарушение при­родной структуры белковых молекул называется денатурацией. При удалении денатурирующего агента многие белки способны самопроизвольно восстанавливать исходную структуру. Если же природный белок подвергается действию вьюокой температуры или интенсивному действию других факторов, то он необратимо денатурируется. Именно фактом наличия необратимой денатура-

Вторичная структура

Рис. 2- Схема строения белковой молекулы

ции белков клеток объясняется невозможность жизни в условиях

очень высокой температуры.

Биологическая роль белков в клетке. Белки, называемые также протеинами (греч. протос — первый}, в клетках животных и растений выполняют многообразные и очень важные функции,

к которым можно отнести следующие.

Каталитическая. Природные катализаторы — ферменты пред­ставляют собой полностью или почти полностью белки. Благодаря ферментам химические процессы в живых тканях ускоряются в сотни тысяч или в миллионы раз. Под их действием все про­цессы идут мгновенно в «мягких» условиях: при нормальной темпе-

11

ратуре тела, в нейтральной для живой ткани среде. Быстродей­ствие, точность и избирательность ферментов несопоставимы ни с одним из искусственных катализаторов. Например, одна моле­кула фермента за одну минуту осуществляет реакцию распада 5 млн- молекул пероксида водорода (Н202). Ферментам характер­на избирательность. Так, жиры расщепляются специальным фер­ментом, который не действует на белки и полисахариды (крахмал, гликоген). В свою очередь, фермент, расщепляющий только крах­мал или гликоген, не действует на жиры.

Процесс расщепления или синтеза любого вещества в клетке, как правило, разделен на ряд химических операций. Каждую опе­рацию выполняет отдельный фермент. Группа таких ферментов составляет биохимический конвейер.

Считают, что каталитическая функция белков зависит от их третичной структуры, при ее разрушении каталитическая актив­ность фермента исчезает.

Защитная. Некоторые виды белков защищают клетку и в це­лом организм от попадания в них болезнетворных микроорга­низмов и чужеродных тел. Такие белки носят название антител. Антитела связываются с чужеродными для организма белками бактерий и вирусов, что подавляет их размножение. На каждый чужеродный белок организм вырабатывает специальные «анти­белки» — антитела. Такой механизм сопротивления возбудите­лям заболеваний называется иммунитетом.

Чтобы предупредить заболевание, людям и животным вводят ослабленные или убитые возбудители (вакцины), которые не вы­зывают болезнь, но заставляют специальные клетки организма производить антитела против этих возбудителей. Если через не­которое время болезнетворные вирусы и бактерии попадают в та­кой организм, они встречают прочный защитный барьер из антител.

Гормональная. Многие гормоны также представляют собой белки. Наряду с нервной системой гормоны управляют работой разных органов (и всего организма) через систему химических реакций.

Отражательная. Белки клетки осуществляют прием сигналов, идущих извне. При этом различные факторы среды (темпера­турный, химический, механический и др.) вызывают изменения в структуре белков — обратимую денатурацию, которая, в свою очередь, способствует возникновению химических реакций, обес­печивающих ответ клетки на внешнее раздражение. Эта способ­ность белков лежит в основе работы нервной системы, мозга.

Двигательная. Все виды движений клетки и организма: мер­цание ресничек у простейших, сокращение мышц у высших жи­вотных и другие двигательные процессы — производятся особым видом белков.

Энергетическая. Белки могут служить источником энергии для клетки. При недостатке углеводов или жиров окисляются моле-



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Указатель Биология Абрахина Н. О.    Заповедники России: учебное пособие для учащихся 5 -9 классов /Н. О. Абрахина, С. М. Соколовская

    Библиографический указатель
    Абрахина Н.О. Заповедники России: учебное пособие для учащихся 5 -9 классов /Н.О. Абрахина, С.М. Соколовская; Под ред. З.И. Тюмасевой. - Челябинск: Взгляд, 2003.

Другие похожие документы..