авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«Филиал Российского государственного университета физической культуры, спорта и туризма в г. Иркутске Кафедра естественных наук с курсом медико-биологических дисциплин ...»

-- [ Страница 2 ] --

Кроссинговер на языке хромосом Исследования генетиков начала XX века показали, что кроссинговер имеет место в результате разрыва и рекомбинации гомологичных хромосом и происходит практически между всеми хромосомами. Частота рекомбинаций определяется по формуле, где N – количество рекомбинантов, – общее количество потомков. В то же время частота рекомбинаций определяет число рекомбинаций, происходящих при образовании гамет.

Частота рекомбинаций генов показывает относительное расположение сцепленных генов в хромосоме: чем дальше друг от друга находятся гены, тем выше частота рекомбинации. Это обстоятельство используется при составлении генетических карт.

Условное «расстояние» между локусами (местоположениями в хромосоме) двух генов считается прямо пропорциональным частоте рекомбинации. Взаимное расположение (последовательность) локусов трх и более генов определяется методом триангуляции.

При этом сначала берутся гены с наименьшей частотой рекомбинации. Далее выбирают следующую по величине частоту рекомбинации и указывают два возможных положения нового гена;

одно из этих положений будет отсеяно на следующем шаге, когда бертся третья частота.

В реальных экспериментах генетические карты могут искажаться благодаря двойному кроссинговеру, когда рекомбинация происходит одновременно в двух точках. Двойной кроссинговер особенно характерен для генов, локусы которых разделены большими расстояниями.

Лекция 6. Взаимодействие генов. Генетика пола.

1. Полигибридное скрещивание и взаимодействие между генами.

Кодоминирование и неполное доминирование, плейотропии.

При скрещивании форм, различающихся более, чем по двум парам генов, принцип расщепления остается тем же, но оно усложняется.

В типичном тригибридном скрещивании, в котором участвуют три пары генов (А а, В-b, С-с), расщепление в F2 будет происходить в отношении 27:9:9:9-3-3-3- 27 комбинаций - содержат гены А, В, С.

9 комбинаций - соответствуют комбинациям АВс, АЬС, аВС.

3 комбинации - соответствуют комбинациям Abe, aBc, abC.

В этих комбинациях доминантные гены встречаются в единичном или двойном количестве.

I комбинация - это тройная рецессивная комбинация abc, которая будет гомозиготной - aabbcc.

В случае моногибридного расщепления гибрид образует 2 типа гамет (А и а), в случае дигибридного расщепления - 4 типа (АВ, АЬ, аВ и ab), у тригибридного образуются гаметы 8 различных типов (АВС, АВс, АЬС, аВС, Abe, aBc, abC, авс).

Встречаются отклонения от нормального расщепления. Не во всех генах можно указать доминантный и рецессивный аллели. Иногда в гетерозиготном состоянии ни один из аллелей не доминирует над другим. В этом случае говорят о неполном доминировании. Отношение фенотипов во втором поколении в этом случае отличается от менделевского 3:1;

как правило, у половины особей сохраняется родительский фенотип. Так, при скрещивании между растениями с красными и белыми цветками гибриды будут с розовыми цветками. Мозаичная окраска андалузских кур образуется от скрещивания белой и черной пород. В этих примерах гетерозигота Аа имеет фенотип промежуточной окраски. Расщепление будет в отношении 1:2:1. АА и аа - по одной гомозиготе сходной с родительскими типами и две гетерозиготы (Аа) промежуточного типа.

При дигибридном скрещивании также бывает неполное доминирование или промежуточное наследование. В результате взаимодействия между генами может получиться несколько соотношений.

1. Соотношение 9:7 получается при комплементарном действии генов на проявление определенного признака. Цветки у обоих родителей были белыми, но у гибридов FI (АаВЬ) оба доминантных гена дают красную окраску цветка. Во втором поколении у 9 растений, имеющих одновременно гены А и В в своих генотипах, будут красные цветки. Остальные 7 растений содержат только по одному доминантному гену в генотипах - 3Ab+3aB+lab=7. Эти растения, следовательно, имеют белые цветки.

2. Соотношение 9:3:4 бывает, если один из генов в доминантном состоянии не оказывает эффекта в отсутствие другого доминантного гена, тогда как другой ген имеет собственный эффект проявления. Ген А имеет красную краску. В присутствии гена В эта окраска меняется на пурпурную. Но ген В без гена А дает белую окраску.

3. Соотношение 12:3:1 наблюдается, если один доминантный ген не допускает проявления другого доминантного гена. Это явление называется эпистаз. Родительские генотипы AAbb и ааВВ фе-нотипически проявляются соответственно как черные зерна и серые. Первое поколение (Fi) будет генотипически АаВЬ - серая окраска в этом зерне не проявится, так как она будет спрятана под черной. Здесь ген А будет эпистатичным по отношению к гену В, а ген В -гипостатичен. Расщепление в F2 будет следующим:

Отсутствие гена А или гена В приводит к образованию белых зерен.

4. Соотношение 15:1 связано с полимерными или множественными генами. Эти гены отличаются сходным действием, то есть два или несколько доминантных генов из разных аллелей вызывают развитие одного и того же внешнего признака.

При полимерном наследовании различают 2 типа влияний доминантных генов: в одном случае - влияние одного доминантного гена соответствует по своей силе влиянию 2-х доминантных генов или более;

в другом случае - влияние доминантных генов суммируется. Например, комбинация Aabb действует слабее, чем AAbb или АаВЬ, но они слабее комбинаций ААВЬ и АаВВ. Максимальный эффект у генотипа ААВВ. Эти различные степени проявления признака обусловлены генотипической дискретностью, но внешне эффект выражается в непрерывной изменчивости. Различия между особями сгла живаются под действием среды. Поэтому генотипическую изменчивость, обусловленную полимерными генами, трудно отличить от изменчивости, вызванной влиянием изменяющихся условий среды.

Один ген может влиять сразу на несколько признаков (явление плейотропного действия генов);

так, мутация одного из генов дрозофилы приводит к рубиновой окраске глаз, уменьшению размеров тела, пониженной жизнеспособности и бесплодию. Влияние каждого гена всегда будет зависеть от остальной генетической конституции. На более поздних стадиях развития эффект воздействия генов более ограничен. Но на ранних стадиях может наблюдаться плейотропия, то есть воздействие одного гена на несколько признаков (например, на форму и свойства нескольких различных органов - красный стебель и красные цветки, тогда как у сортов с белыми цветками стебель зеленый). Часто плейотропия связана с влиянием гена не только на внешний признак, но и на жизнеспособность особи. В большинстве случаев жизнеспособность снижается и лишь в редких случаях плейотропное действие повышает жизнеспособность.

Существуют и более сложные механизмы взаимодействия между генами. Так, каждый признак может контролироваться не двумя, а тремя и более аллелями. Примером подобных множественных аллелей является наследование групп крови у человека. Три аллеля гена группы крови обозначаются буквами A, B и O. Аллели A и B являются доминантными, а аллель O рецессивен им обоим. В результате у человека могут наблюдаться четыре различные группы крови.

Нетипичное менделевское соотношение может быть следствием не только неполного доминирования, но и наличия в генотипе организмов рецессивного гена. Если этот ген летальный (то есть вызывающий гибель его носителей), то организмы, гомозиготные по летальному гену, могут умереть ещ до рождения.

Генотип Группа крови Распространённость OO O (I) 46 % AA A (II) AO A (II) 42 % BB B (III) BO B (III) 9% AB AB (IV) 3% Генотипы группы крови у человека Множественные аллели Ещ одним способом взаимодействия между аллелями является сверхдоминирование, когда определяемый геном благоприятный признак проявляется у гетерозиготных организмов. Ряд учных считает, что именно сверхдоминирование объясняет явление гибридной силы (гетерозиса), известное селекционерам еще с XVIII века: потомки скрещиваний между разными сортами растений или породами животных заметно превосходят родительские формы по большому числу признаков.

Наряду с этим, многие признаки определяются не одним геном, а целым генным комплексом – взаимодействием нескольких генов, находящихся, возможно, в разных локусах (далеко друг от друга). Ряд заметных признаков организма являются следствием воздействия многих генных комплексов (полигенной системы). Вклад каждого из генов в фенотип при этом достаточно мал, и можно говорить о непрерывной изменчивости организмов по данному признаку. В частности, один из генов (эпистатический ген) может подавлять эффект другого гена;

в другом случае, один из генов может влиять на проявление другого гена (в этом случае говорят о комплементарности генов).

2. Генетика пола человека. Гомогаметный и гетерогаметный пол.

Соматические и половые хромосомы. Хромосомный набор соматических и половых клеток. Хромосомный набор в зиготах.

Интересным примером взаимодействия между генами являются признаки, связанные с полом. Как известно, гомологичные хромосомы во всех парах хромосом за исключением одной (гетеросом) идентичны друг другу. В гетеросомах заключены гены, определяющие пол особи. У самок имеются два идентичных гена (XX), у самца в гетеросомах гены разные (XY). У некоторых групп животных наблюдается обратное соотношение (одинаковы гены у самца);

наконец, у отдельных групп животных Y хромосомы нет вообще.

Если у человека Y-хромосома приводит к развитию семенников и становлению мужской особи, то у большинства животных Y-хромосома содержит очень мало генов и не имеет отношения к полу;

мужские половые признаки у таких животных проявляются в присутствии одной X-хромосомы, но маскируются при наличии пары X-хромосом. Это пример наследования, ограниченного полом. Бывает и такая ситуация, что признак определяется геном, находящемся в X-хромосоме, а в Y-хромосоме соответствующего ему участка нет вообще. Поэтому у особей мужского пола подобные признаки проявляются, даже если соответствующие гены рецессивны.

Соматические клетки делятся митозом, половые клетки - мейозом. В результате дочерние клетки получают следующий набор хромосом: соматические клетки диплоидный - 2п;

половые клетки (гаметы)- гаплоидный - п. После оплодотворения, то есть соединения двух половых клеток, образуется зигота, которая будет содержать два набора хромосом - диплоидный набор - 2п.

У человека 46 хромосом (23 пары). 22 пары из них - это соматические хромосомы или аутосомы. Они одинаковые у мужчин и у женщин. Лишь по одной паре хромосом представители разных полов отличаются друг от друга. Это половые хромосомы - X и Y.

Женская половая клетка (яйцеклетка) несет одну Х-хромосому и 22 аутосомы (гаплоидный набор у половых клеток).

Мужская половая клетка (сперматозоид) несет Х-хромосому или-Y-хромосому, а также 22 аутосомы.

Пол особи зависит от того, какой сперматозоид (с X или с Y-Хромосомой) оплодотворяет яйцеклетку.

Женский пол - гомогаметен, так как имеет одинаковые половые хромосомы - XX.

Мужской пол - гетерогаметен, так как имеет разные половые хромосомы - XY.

Хромосомы состоят из хроматина. Хроматин - это зернистые нитевидные структуры, состоящие из молекул ДНК и белковой оболочки. При делении хроматин спирализуется в хромосомы, которые состоят из 2-х хроматид. У каждой хромосомы есть первичная перетяжка, которая делит ее на два плеча. В этом месте расположена центро мера.

У человека различают три типа хромосом в зависимости от положения центромеры и определяемой этим положением относительной длины плеч, то есть частей хромосомы по обе стороны от центромеры (см. рисунок).

У женщины обе половины хромосомы одинаковые, с плечами одинаковой длины это Х-хромосомы.

У мужчин Y-хромосома мелкая, ее центромера расположена в конце хромосомы.

Y-хромосома изменчива по длине, но у всех мужчин из одной семьи Y-хромосомы сходны.

Для некоторых нормальных хромосом характерно наличие спутников. Это утолщения, соединенные с коротким плечом хромосомы ножкой или вторичной перетяжкой. Таких хромосом 10.

Сведения, приведенные выше, о числе, размерах и форме хромосом называют кариотипом данного вида.

3. Определение пола по соматическим клеткам. Тельца Барра. Секс контроль в спорте.

В конце 40-х годов М.Барр и Л.Бертрам обнаружили половые различия в строении соматических клеток. В ядрах самки была обнаружена хроматиновая глыбка, названная половым хроматином, или тельцем Барра. У самца таких глыбок не обнаружено.

Тельце Барра можно обнаружить в большом проценте клеток во всех тканях женщины, т.е. во всех соматических клетках женщины. Самый простой метод определения состояния полового хроматина -это исследование эпителиальных клеток в соскобе слизистой щеки.

Наличие двух Х-хромосом в клетках нормальных женщин и XY-хромосом в клетках нормальных мужчин можно установить как путем анализа кариотипа соматических клеток в метафазе, так и по половому хроматину.

Число телец Барра всегда на единицу меньше числа Х-хромосом. Это подтверждают исследования по методу Барра лиц с аномалиями пола.

1. При синдроме Тернера наружные половые органы сформированы по женскому типу, а половой хроматин в соматических клетках отсутствует. Синдром характеризуется наличием 45 хромосом (ХО).

2. При синдроме Клайнфельтера наружные половые органы развиты по мужскому типу, в ядрах клеток слизистой оболочки ротовой полости находят тельца полового хроматина. Набор хромосом равен 47 (XXY).

3. Трисомия X. Фенотипически женские особи, с двумя наборами телец Барра.

Набор хромосом (XXX) равен 47.

4. Наследование, сцепленное с полом. Признаки, контролируемые половыми хромосомами. Механизм передачи признаков, сцепленных с Х-хромосомой. Понятие «носитель».

У человека Y-хромосома контролирует рост и развитие половых желез, наружных половых органов и мужских признаков. В X-хромосоме могут быть гены, контролирующие ряд признаков. Такие признаки передаются только с Х-хромосомой и наследование называется сцепленное с полом. Сюда относится 60 признаков, большая часть которых рецессивны.

В случае сцепленного с Х-хромосомой доминантного наследования ген проявляется и у мужчин, и у женщин. Таким примером может служить рахит, не поддающийся лечению витамином Д. Рецессивные признаки, сцепленные с Х хромосомой: окраска глаз, цветовая слепота (дальтонизм), раннее облысение и гемофилия.

При гемофилии возможны следующие генотипы и фенотипы:

ХНХН - нормальная женщина;

XHXh - нормальная женщина (носитель);

XHY - нормальный мужчина;

XhY - больной гемофилией.

Гетерозиготные женские особи по рецессивному гену называются носители. Среди сыновей такой женщины могут быть и здоровые, и больные.

Необходимо отличать признаки, сцепленные с полом (с X-хромосомой), от признаков, ограниченных полом или зависящих от пола. Примером аутосомного признака, зависящего от пола, может служить лысина (только у мужчин);

развитие рогов у мужских особей млекопитающих;

развитие вторичных половых признаков. В последнем примере ген проявляется только под влиянием половых гормонов в период полового созревания.

5. Изменчивость и мутации. Закон гомологичных рядов наследственной изменчивости Изменчивость - это способность организмов изменять свои признаки и свойства, что проявляется в разнообразии особей внутри вида. Изменчивость бывает ненаследственная (модификационная) и наследственная (генотипическая).

Наследственная связана с изменением генотипа, ненаследственная - с изменением фенотипа под влиянием условий окружающей среды.

Признаки в популяции (совокупности свободно скрещивающихся особей, длительное время существующих на более-менее обособленной территории) могут изменяться как непрерывно, так и дискретно. К дискретно изменчивым признакам относится, например, группа крови у человека. В этом случае признак может принимать лишь некоторые формы;

промежуточные формы отсутствуют. Дискретная изменчивость возникает по признакам, контролируемым одним или двумя генами. При этом внешние условия редко влияют на фенотип.

Признаки, контролируемые множеством генов, обычно меняются непрерывно, причм их крайние проявления (большие отклонения от среднестатистического значения признака) наблюдаются у относительно небольшого количества особей. У большинства же особей рассматриваемый признак не очень сильно отличается от его среднего значения. Примерами непрерывной изменчивости являются изменения массы или длины, а также формы тела. Непрерывная изменчивость в значительной мере обусловлена влиянием на фенотип внешней среды. Модификационная изменчивость. Различные признаки могут изменяться под влиянием изменяющихся условий среды. Это связано с проявлением действия генов в конкретных условиях. Различное проявление действия генов отражается на изменении фенотипа, но не связано с перестройкой генотипа и, следовательно, не передается по наследству. Например, на окраску шерсти у животных влияет температура окружающей среды: у кроликов при t° ниже 0° С вырастает на побритом месте черная шерсть, а при t° выше 0°С - белая. Следовательно, наследуется способность организма при взаимодействии со средой давать определенный фенотип, то есть наследуется норма реакции организма на внешние условия. Норма реакции организма - это пределы модификационной изменчивости признака.

Наследственную изменчивость (т.е. изменчивость, передающуюся по наследству от организма к организму, от клетки к клетке) можно разделить на комбинативную и мутационную. Источником комбинативной изменчивости является мейоз. Обмен генами между гомологичными хромосомами в профазе I мейоза, случайная ориентация и последующее независимое расхождение хромосом, слияние мужской и женской гамет в зиготу являются причиной практически неограниченного различий между особями в популяции. Такая изменчивость получила название комбинативной;

при этой форме наследственной изменчивости происходит перетасовка имеющихся в популяции генов (аллелей), но не образование новых.

Мутационная изменчивость. Мутации - это случайно возникающие стойкие изменения генотипа, затрагивающие целые хромосомы, их части или отдельные гены. Они могут быть полезные, вредные или нейтральные. Факторы, вызывающие мутации, называются мутагенные. Наследование от мутационной клетки происходит в результате митоза или мейоза.

Соматические мутации - это мутации, происходящие в соматических клетках в результате митоза. Они влияют на изменение только конкретного признака у дочерних особей. Последующим поколениям эти изменения не передаются, так как из соматических клеток новый организм не возникает. Например, часть глаза дрозофилы может быть белой. У растений соматические мутации передаются в другие поколения путем бесполого размножения (вегетативного).

Хромосомные мутации возникают в результате перестройки хромосомы:

1. участок хромосомы может удвоиться - дупликация - происходит повторение набора генов, локализованных в этом участке;

2. самая простая форма - утрата хромосомного участка, и в результате в хромосоме недостает некоторых генов;

3. отдельные участки хромосомы поворачиваются на 180° и вновь встраиваются на прежнее место - изменение генотипа не происходит, но возможны фенотипические изменения;

4. от одной из хромосом отрывается участок и присоединяется к другому месту или к негомологичной хромосоме. (Подобная мутация происходит при синдроме Дауна, когда сохраняется диплоидное число хромосом).

Генные мутации - это наиболее частые мутации. Связаны они с изменением последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Происходят во время репликации ДНК.

Мутационный ген перестает работать и не образует соответствующие РНК и белок, или синтезирует белок с измененными свойствами. Это влечет изменение признаков организма.

Вследствие генной мутации образуются новые аллели.

Генные мутации рассматриваются как результат ошибок при удвоении молекулы ДНК.

Возникая в гаметах, они передаются потомкам, влияя на судьбу популяции.

Соматические генные мутации наследуются клетками, которые образуются из мутантной клетки путем митоза и исчезают из генофонда популяции со смертью этой особи.

Соматические мутации в некоторых случаях образуют клетки с повышенной скоростью роста и деления - это начало доброкачественных или злокачественных (раковых) опухолей.

Большая часть генных мутаций находится в рецессивных генах.

Геномные мутации - это мутации, приводящие к изменению числа хромосом.

Наиболее распространенный тип - полиплоидия - кратное увеличение числа хромосом в гаметах и соматических клетках. Приставка три-, тетра- и т.д. указывает во сколько раз увеличено число хромосом. Например, Зп - триплоид, 4п - тетраплоид и т.п.

Среди растений много полиплоидных организмов, так как с помощью вегетативного размножения полиплодия сохраняется в потомстве. Полиплоидные растения имеют крупные плоды, крупные размеры, более выносливы и устойчивы.

Другой тип мутаций - анэуплоидия. Это утрата или добавление хромосомы.

Возникает в анафазе I мейоза в результате нерасхождения хромосом. Когда гамета с недостающей или лишней хромосомой соединяется с нормальной гаплоидной гаметой, образуется зигота с нечетным числом хромосом.

Зигота с меньшим, чем диплоидный, набором хромосом обычно не развивается.

Зигота с лишними хромосомами дает начало особям с аномалиями.

У человека встречаются следующие геномные мутации:

XXY - синдром Клайнфельтера (у мужчин много женских вторичных половых признаков, они бесплодны, умственно отсталые).

ХО - синдром Шерешевского-Тернера (у особей женского пола отсутствуют вторичные половые признаки, они характеризуются низким ростом, умственной отсталостью, бесплодны).

XXX - женщины внешне нормальные, плодовитые, но с умственной отсталостью.

XYY -мужчины высокого роста, часто обладают склонностью к правонарушениям, весьма агрессивные.

Трисомия - 21 - синдром Дауна (2п=47) - нерасхождение 21-ой соматической хромосомы (умственная отсталость, пониженная сопротивляемость болезням, малый рост, коренастое тело, короткая шея, эпикантус - монголоидная складка верхнего века). Этот синдром часто встречается у детей немолодых матерей.

Хромосомные и генные мутации могут быть легальны, так как нарушают развитие у человека. Например, 20 % беременностей заканчивается естественным выкидышем до 12 недель. У половины из них обнаруживаются хромосомные аномалии. Некоторые хромосомные мутации могут привести к тому, что гены, оказавшиеся рядом, проявят "благоприятный" признак. Большинство генных мутаций рецессивны. Они могут оставаться в популяции многие поколения, пока не окажутся в гомозиготном состоянии и проявятся в фенотипе. Изменчивость дает объяснение многообразию живых организмов в эволюционном процессе.

Закон гомологичных рядов наследственной изменчивости. Николай Иванович Вавилов установил, что близкородственные виды и роды благодаря большому сходству их генотипов обладают сходной наследственной изменчивостью. Вавилов расположил генетически близкие виды и роды в определенном порядке в соответствии с вариантами изменчивости, то есть в гомологичные ряды. И выявилась следующая закономерность:

если организмы близки генетически, то и наследственные изменения у них происходят по одному типу и, следовательно, можно предсказать, какие мутационные формы должны возникнуть у близкородственных видов. Закон формулируется так: "виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно Предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов".

Лекция 7. Теория эволюции органического мира 1. Определение понятия эволюции. Основные положения эволюционной теории Ч Дарвина и А. Р. Уоллеса. Работы отечественных генетиков (А Н. Северцова, С. С. Четверикова, Н. В.

Тимофеева-Ресовского, И. И. Шмальгаузена) и их вклад в расширение теории дарвинизма. Необратимость эволюции, монофилия.

Возникновение и развитие синтетической теории эволюции.

Эволюция - это развитие сложных организмов из предшествующих им простых форм с течением времени.

Теория эволюции, предложенная Чарлзом Дарвиным и Альфредом Расселом Уоллесом, получила свое теоретическое обобщение в труде Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859 г.) В настоящее время эта теория расширена данными палеонтологии, эмбриологии, генетики, молекулярной биологии и экологии. В результате сформировалась современная синтетическая теория органической эволюции.

Существование эволюции подтверждается следующим.

1. Эмбрионы всех позвоночных на отдельных стадиях имеют общие черты строения, что говорит о наследовании механизмов развития. Теоретическое обоснование это явление получило в биогенетическом законе Геккеля (19 век): «Онтогенез (развитие индивида) повторяет филогенез» (эволюция той группы, к которой относится индивид).

А.Н.Северцов (1866-1936) и И.И.Шмальгаузен (1884-1963) расширили закон, доказав, что он распространяется только на эмбриональное развитие. Отмечено, что у современных форм могут наблюдаться выпадения определенных стадий онтогенеза или появляться изменения органов, которые не были у зародышей предков. Путем подобных изменений в онтогенезе обеспечиваются крупные изменения в направлении исторического развития соответствующей группы организмов. Таким образом, филогенез основывается на изменениях онтогенеза.

2. Существование закономерностей наследственности и изменчивости, на основании которых проводится искусственный отбор с получением новых пород животных и сортов растений.

3. Современными процессами видообразования, которые изучает популяционная генетика.

2. Популяционная генетика. Популяция как единица эволюции. Типы и формы естественного отбора в популяции. Половой отбор и половой диморфизм. Панмиксная популяция. Закон Харди-Вайнберга.

Генофонд популяции.

Популяционная генетика – это раздел генетики, изучающий генетическое строение и динамику генетического состава популяций – группы организмов, принадлежащих к одному и тому же виду и занимающих ограниченную географическую область обитания. Именно этот раздел науки является основой синтетической теории эволюции, принятой в настоящее время большинством учных. Генотип совместно с внешней средой определяет фенотип организма. Фенотипы, приспособленные к условиям места обитания, сохраняются в процессе естественного отбора;

неприспособленные фенотипы подавляются. Для популяции в целом судьба отдельной особи значения не имеет.

Генофонд – это многообразие генов и аллелей, имеющихся в популяции. В каждой популяции, размножающейся половым путм, генофонд постоянно изменяется;

популяция эволюционирует. Новые сочетания генов проходят непрерывный естественный отбор, определяющий в конечном итоге, какие гены будут переданы следующим поколениям.

Частотой аллеля называют отношение количества данных аллелей у всех особей к общему количеству аллелей в популяции. Частоту доминантного аллеля обычно обозначают буквой p, частоту рецессивного аллеля – буквой q. Если ген представлен двумя аллелями, то выполняется математическое равенство p + q = 1.

Таким образом, зная частоту одного из аллелей, можно определить частоту и другого аллеля. Так, если частота доминантного аллеля равна 78 %, то частота рецессивного аллеля равняется q = 1 – p = 1 – 0,78 = 0,22 (или 22 %).

Для частот аллелей существует условие равновесия Харди–Вайнберга. Частоты доминантного и рецессивного аллелей остаются неизменными, если в популяции выполняются следующие условия:

- размеры популяции достаточно велики;

- спаривание и размножение особей происходит случайным образом;

-естественный отбор отсутствует (все генотипы одинаково приспособлены к внешним условиям);

- различные поколения не скрещиваются между собой;

- не возникает новых мутаций;

- отсутствует обмен генами с другими популяциями.

Невыполнение одного или нескольких из указанных условий может привести к изменению частоты аллелей и вызвать эволюционные изменения в данной популяции.

Используя символы p и q, можно по-новому записать схему моногибридного скрещивания.

Таким образом, при моногибридном скрещивании появляются три генотипа: AA с частотой p2 (гомозиготные особи с доминантным аллелем), Аа с частотой 2pq (гетерозиготные особи) и аа с частотой q2 (гомозиготные особи с рецессивным аллелем).

Сумма частот аллелей равна единице:

p2 + 2pq + q = 1.

Зависимость между частотами аллелей и генотипов. Моногибридное скрещивание на языке частот Эта зависимость называется уравнением Харди–Вайнберга. Используя совместно это уравнение с уравнением p + q = 1, можно вычислить частоту, например, особей, гомозиготных по доминантному аллелю, зная количество носителей рецессивного фенотипа (то есть частоту особей, гомозиготных по рецессивному фенотипу). Пусть q2 = 0,0004. Тогда q = 0,02, p = 1 – q = 0,98, p2 = 0,9604, 2pq = 0,0392. Следствием уравнения Харди–Вайнберга является значительное превышение (часто на порядки) количества особей, в генотипе которых присутствует рецессивный аллель, над количеством особей с рецессивным фенотипом. Благодаря наличию значительного количества гетерозиготных особей в каждом поколении из генотипа исключается лишь малое количество рецессивных аллелей.

Многие рецессивные гены неблагоприятны для организма и исключаются из генотипа популяции. Другие, наоборот, полезны, благодаря чему частота гетерозиготного генотипа стабилизируется.

Как уже отмечалось, причиной изменений генофонда популяции являются половые рекомбинации генов (кроссинговер, независимое расхождение хромосом, случайное оплодотворение) и мутации. Половые рекомбинации не привносят в популяцию новые аллели;

мутации вызывают появление новых аллелей и эволюционные изменения в популяциях. Существуют и другие причины генетической нестабильности, перечисленные ниже.

- Небольшая численность популяции может привести к дрейфу генов. Носителей рецессивного аллеля может оказаться настолько мало, что они исчезнут по причинам, не вызванным естественным отбором (например, по причине гибели в результате природного бедствия). Может получиться и обратная ситуация, когда частота рецессивного аллеля случайно вырастет. Это может никак не сказаться на популяции, привести к е вымиранию или наоборот стать благоприятным фактором.

- Структурные и поведенческие особенности, благоприятствующие какому-либо признаку (так, брачные игры у животных выигрывает обычно более крупный и сильный самец, а более интенсивно опыляются более яркие и крупные цветки), приводят к неслучайному скрещиванию, то есть к подавлению некоторых аллелей.

- Обмен генами между популяциями привносит, с одной стороны, новые гены в популяции, но, с другой стороны, уменьшает общее генетическое разнообразие видов и мешает эволюционным изменениям. Прерывание обмена генами между популяциями является важной предпосылкой для появления нового вида.

Движущими силами эволюции являются борьба за существование, естественный отбор, которые проходят на основе наследственной изменчивости.

борьба за существование имеет 3 формы:

- внутривидовая - между особями одной популяции за территорию, добычу, самку и т. д. (в результате поддерживается численность вида и его воспроизводство);

- межвидовая - между особями разных видов:

а) конкуренция - за пищу, место обитания и т.п.;

б) хищничество - особи одного вида используют в пищу особей другого вида;

в) симбиоз - оба вида извлекают пользу из связи друг с другом;

г) паразитизм - паразит получает питательные вещества от другого организма, не приводя его к гибели, но нанося ему вред;

- с неблагоприятными условиями среды - при засухе, наводнении, изменении климата организмы погибают или у них появляются приспособительные изменения.

Результатом межвидовой борьбы и борьбы с неблагоприятными условиями среды является появление приспособительных особенностей у организмов.

1. Мимикрия - это подражание по цвету и форме наиболее защищенному организму. Например, тропические рыбки сомики во время опасности собираются головами внутрь, а хвостами наружу, напоминая морскую звезду или ежа.

2. Покровительственная окраска под цвет окружающей местности у белых медведей, белых куропаток, кузнечиков и т.д.

3. Расчленяющая окраска имитирует тень деревьев - полосатая окраска тигра, леопарда и т.д.

4. Наличие специальных органов защиты! жгучие волоски у крапивы, панцирь у черепахи, пахучие железы у скунса, перепонки на лапах.

5. Угрожающая окраска в виде ярких пятен или полос - окраска ядовитых змей, жалящих животных (осы, шмели). Эти приспособления носят относительный характер, так как помогают выжить только в конкретных условиях среды. Например, заяц побелел, а снег еще не выпал, и эта окраска для него стала губительной. Относительность целесообразности строения обуславливается и изменением самой среды обитания. В результате вырабатываются новые приспособления, то есть происходит естественный отбор с совершенствованием адаптационных механизмов в изменяющихся условиях среды.

Естественный отбор - это процесс, при котором организмы, лучше приспособленные к данной среде по своей морфологии, физиологии и поведению, выживают и размножаются, а менее приспособленные гибнут. Единицей эволюции является популяция. Естественный отбор проходит в популяции следующим образом. При изменении условий окружающей среды выживают те особи, фенотипы которых соответствуют изменившимся условиям. Эти особи оставляют потомство, закрепляя тем самым в популяции определенные фенотипы и соответствующие им генотипы. Таким образом, происходит эволюционное изменение популяции с изменением ее генофонда из поколения в поколение. Генофонд популяции слагается из всего разнообразия генов и аллелей, имеющихся в популяции, размножающейся половым путем.

Естественный отбор имеет 3 формы:

- Стабилизирующий отбор. Происходит при отсутствии внешних изменений и относительно слабой конкуренции. Подавляет генотипы особей с крайними отклонениями признаков (например, слишком больших или слишком маленьких). Поддерживает стабильность популяции и не способствует эволюции.

- Направленный отбор. Происходит в ответ на изменения условий обитания.

Сдвигает фенотип в ту или другую сторону;

при достижении нового состояния равновесия прекращается. Приводит к эволюционным изменениям.

- Дизруптивный отбор. Начинает действовать при наличии в популяции не одного, а двух и более благоприятных фенотипов. Разделяет популяцию на две группы;

при прекращении потока генов между группами популяция может разделиться на два вида, которые будут конкурировать между собой уже менее сильно.

Различные типы отбора Направленный отбор лежит в основе искусственного отбора, широко используемого человеком при разведении животных и растений. При искусственном отборе человек создат направленное давление отбора, приводящее к усилению в популяции какого-либо ценного признака (надои молока, размер плодов и т. п.). Изоляция популяций, в которых производится искусственный отбор, приводит к созданию новых пород и сортов, генотипы которых не смешиваются. При инбридинге избирательно скрещивают между собой особи из одной породы. Длительный инбридинг может привести к снижению плодовитости;

поэтому его иногда чередуют с аутбридингом, когда между собой скрещивают генетически далких особей одного вида из разных пород или сортов. В растениеводстве нередко скрещивают между собой даже особей разных видов;

возникающие в результате этого гибриды могут превосходить по многим ценным признакам родительские особи. Наука, изучающая методы выведения новых сортов растений и пород животных, называется селекцией.

Половой отбор - это особая разновидность естественного отбора, под воздействием которой формируются вторичные половые признаки, половые отличия во внешнем строении, поведении, развитии.

3. Понятие вида. Критерии вида. Видообразование внутривидовое, симпатрическое и дивергентное, межвидовая гибридизация.

Конвергенция. Микроэволюция.

Вид - это совокупность географически и экологически сходных популяций, способных в природных условиях скрещиваться и давать Плодовитое потомство.

Несмотря на индивидуальные различия, все особи одного вида характеризуются общими признаками, которые их отличают от другого вида. Совокупность таких признаков называется.

Критерии вида.

1. Морфологический критерий - сходство внешних признаков.

2. Физиологический критерий - сходство процессов жизнедеятельности.

3. Биохимический критерий - синтез специфических белков.

4. Генетический критерий (основной критерий) - специфический для данного вида набор хромосом, поэтому особи разных видов не скрещиваются.

5. Эколого-географический - определяет ареал обитания.

В современных условиях могут возникать новые виды. При этом используются следующие механизмы.

1. Внутривидовое видообразование.

Часть особей популяции становится изолированной, благодаря возникшим естественным или искусственным преградам: овраги, шоссе, каналы, линии электропередач, вредные выбросы фабрик и т.п. Особи постепенно изолируются и генетически, характеризуясь своим генофондом и превращаясь в самостоятельный вид.

2. Межвидовая гибридизация.

Может происходить в зоне соприкосновения двух видов, ранее принадлежавших к одному. Представители вновь образовавшегося «переходного» вида (АВ) будут скрещиваться с теми видами (А и В), из которых образовались, хотя сами виды остаются изолированными.

3. Симпатрическое видообразование.

Внутри вида спонтанно (в результате мутаций) возникают новые признаки, они подхватываются дизруптивным отбором, и это приводит к расхождению признаков вида дивергенции. Изолирующие факторы могут сыграть свою роль, и образуются новые виды, относящиеся к одному роду.

Популяция - это генетически открытая система, так как может обмениваться генами с другой популяцией того же вида. Но благодаря изоляции, которая бывает географической, экологической и генетической, популяция из открытой может перейти в генетически закрытую систему, то есть перейти к новому виду. Сама по себе изоляция не создает новых форм, но она способствует дивергенции.

Противоположный дивергенции процесс называется конвергенция. Он заключается в появлении одинаковых признаков у представителей разных видов, живущих в одной среде обитания. Например, обтекаемая форма тела рыб и млекопитающих, живущих в водной среде. Конвергенция демонстрирует, что процесс эволюции проходит во всех видах и заключается в приспособлении к среде обитания.

Образование нового вида - это микроэволюция, которая является частью эволюционного процесса. В результате:

- постепенно усложняется и повышается организация живых существ;

- организмы лучше приспосабливаются к условиям внешней среды;

- вид становится многообразным.

Дарвин связывал процесс видообразования с отдельными особями, с их индивидуальными изменениями под действием внешней среды.

Однако синтетическая теория органической эволюции дает современное, научное обоснование процесса видообразования, используя данные генетики. Именно закономерности наследственности и изменчивости доказали, что процесс видообразования начинается не с отдельных особей и должен рассматриваться только на уровне популяции.

Большой вклад в расширение теории Дарвина (дарвинизм) внесли отечественные генетики первой половины 20 века: С.С. Четвериков (1926), Н.В. Тимофеев - Ресовский (1936), И.И. Шмальгаузен (1940). Они выявили следующие закономерности процесса эволюции:

1. Необратимость эволюции - как бы не изменялись функции и строение органа при изменении условий существования, возврата к прежней форме не бывает;

2. Единство происхождения (монофилия) всего живого от одного родоначального вида. Эта закономерность связана с необратимостью.

4. Макроэволюция. Монофилия и полифилия. Неравномерность и мозаичность эволюции. Прогресс и регресс в эволюции. Ароморфозы и идиоадаптации. Соотношение микро - и макроэволюции.

Процесс образования из видов новых родов, из родов – семейств, из семейств – отрядов и т. д. называется макроэволюцией. В отличие от микроэволюции, протекающей внутри популяции, макроэволюция – эволюция надвидовая. Тем не менее, в макроэволюции действуют вс те же процессы: борьба за существование, естественный отбор.

Макроэволюция позвоночных Как уже отмечалось, прямой эксперимент по подтверждению существования макроэволюции поставить практически невозможно. Однако существует большое количество косвенных доказательств, полученных благодаря различным наукам:

морфологии, эмбриологии, палеонтологии, генетики и других.

Графическим представлением эволюции является систематика организмов. Каждая систематическая группа, стоящая выше по рангу, объединяет группы, стоящие по рангу ниже и имеющие общего предка. Так, род объединяет виды, которые произошли от одного предка и приобрели в результате естественного отбора какие-то различия в фенотипе. При построении таксономических систем учитываются признаки родства групп организмов как с ныне живущими группами, так и с уже вымершими. В целом, родословное древо отчтливо показывает общий характер макроэволюции: совершенствование организации организмов от более простой к более сложной, дивергентный (проявляющийся в расхождении признаков) и приспособительный характер эволюции.

Можно выделить три основных направления биологического прогресса.

- Ароморфоз – это эволюционные изменения, приводящие к качественно новому уровню организации, но не к узкому приспособлению к внешней среде. Ароморфоз дат возможность к переходу в новую среду обитания, способствует расширению популяции и е местообитания. Благодаря ароморфозу возникают новые крупные таксономические единицы: типы (отделы), классы.

- Идиоадаптация представляет собой небольшие эволюционные изменения, выражающиеся в приспособлении к окружающим условиям обитания. Повышения уровня организации при этом не происходит. Благодаря идиоадаптации образуются мелкие таксономические группы: виды, роды, семейства.

- В отличие от двух предыдущих направлений дегенерация ведт к упрощению организации, нередко сопровождающейся потерей ряда органов. Очень часто дегенерация связана с переходом к паразитическому образу жизни. Благодаря дегенерации также образуются новые таксомические группы.

В природе существует и процесс, обратный прогрессу, – биологический регресс. Он заключается в уменьшении количества особей популяции, сужении территорий, которые занимает популяция, уменьшении числа видов. Регресс, как правило, ведт к вымиранию видов. В последнее время виновником биологического регресса часто становится человек.

Основные ароморфозы в развитии жизни на Земле В растительном мире.

1. Жизнь возникла в океане 3,5 млрд. лет назад. Первый ароморфоз связан с появлением фотосинтеза. В результате появился кислород.

2. Выход на сушу 2-2,5 млрд. лет назад - появление у растений органов и тканей.

3. Наземное существование связано с переходом от размножения спорами к размножению семенами.

4. Голосеменным на смену пришли покрытосеменные растения, с их двойным оплодотворением.

В животном мире.

1. Переход на сушу связан с внутренним оплодотворением, появилось защищенное скорлупой яйцо, плацента у высших млекопитающих.

2. Постоянная температура тела у птиц и млекопитающих.

3. Преобразование головного мозга, развитие коры больших полушарий. Это повысило уровень нервной деятельности, изменило формы поведения.

4. Эволюция человека - антропогенез, - которая закончилась появлением человека разумного (Homo sapiens).

Раздел 3. Физиология, экология и здоровье, биосоциальные особенности человека Лекция 8. Биосоциальная эволюция человека. Влияние факторов внешней среды на особенности роста и развития человека 1. Биосоциальная эволюция человека. Место человека в системе животного мира В системе органического мира человек занимает свое положение благодаря эволюционным изменениям живых систем. Он относится к: Царство – Животные, Семейство, Тип - Хордовые, Подтип - Позвоночные, Класс - Млекопитающие, Подкласс Плацентарные, Отряд – Приматы, Подотряд – Высшие приматы, Секция – Узконосые обезьяны, надсемейство - Высшие человекоподобные приматы (антропоиды), Семейство Люди (Гоминиды), Род - Человек (Homo), Вид - Homo sapiens В понимании исторического развития человека как вида заметную роль сыграли работы Ч. Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора» (1959), «Происхождение человека и половой отбор» (1871) и «О выражении эмоций у человека и животных» (1872). В качестве доказательств эволюции человека, то есть происхождения его от более простых форм, Дарвин приводит следующие:

- сходство этапов эмбрионального развития и признаков у зародышей (закон рекапитуляции Геккеля): «онтогенез повторяет филогенез»;

сходство в строении тела и его функций у человека и животных, особенно у человекообразных обезьян;

- наличие зачаточных (рудиментарных) органов у человека: мышца, двигающая уши и кожу на голове, копчик, складка в углу глаза (остаток мигательной перепонки у птиц и пресмыкающихся), третичный волосяной покров и т.д.;

- появление атавизмов, то есть органов, имевшихся у дальних предков человека:

наружный хвост, сильный волосяной покров на теле;

добавочные соски, сильно развитые клыки.

Дарвин уделял большое внимание действию 3-х факторов в эволюции человека:

естественному отбору, упражнению органов и половому отбору.

Под действием естественного отбора было приобретено двуногое хождение, сформировалась рука, развился мозг и членораздельная речь. Голосовые органы и членораздельная речь совершенствовались при постоянном упражнении. Половой отбор оказывал предпочтение oco6ями с меньшими волосяным покровом и более совершенной речью.

Рассматриваемая Дарвиным ведущая роль естественного отбора совершенно не учитывала социальных факторов в становлении человека: роли труда, формирования общественного поведения, сознания, нравственности. Именно социальная сущность человека отличает его от близких ему африканских человекообразных обезьян (шимпанзе и гориллы). Это качественное отличие обеспечивает и экологическое превосходство в приспособлении к любому ареалу обитания. Своеобразие природы человека заключается в том, что его биологическая сущность может в полной мере раскрыться только в сочетании с социальной средой.

Рассмотрим далее процесс эволюции человека, который можно назвать биосоциальным процессом, так как он проходил при постоянной взаимосвязи биологических и социальных факторов.

Движущими силами антропогенеза являются трудовая деятельность в коллективе и естественный отбор.

Решающим фактором выступает социальный, а опережающим - биологический, то есть создание определенных биологических структурр для трудовой деятельности. У человекообразных обезьян австралопитеков, живших 4,5 млн. лет назад, была такая биологическая основа: прямохождение, более развитый мозг и особое строение руки с укороченными пальцами относительно обезьян. Возникшие, очевидно, мутационным путем сдвиги наследственной природы были Подхвачены дизруптивным отбором и привели к дивергенции, а изолирующие механизмы сыграли свою роль в закреплении признаков. Это направление эволюционных изменений было ароморфозом, который выводил человека на более высокий уровень биологического (развития и соответственно на новый этап антропогенеза. Скачкообразность вообще присутствует в эволюционном процессе и обусловлена мутациями генов в сочетании с постепенностью развития.

Однако спецификой позднего антропогенеза, когда уже шел процесс сапиенизации (Homo sapiens - человек разумный), явилась неравномерная мозаичная эволюция, сопровождающаяся смешениями между популяциями, что замедляло их дивергенцию. В результате классические неандертальцы смешивались с более поздними мигрантами и вопрос о четком выделении "неандертальской стадии" в антропогенезе с последующим преобразованием ее и соблюдением эволюционной преемственности остается открытым.

Общими предками людей и близких к ним человекообразных обезьян были, вероятно, дриопитеки. Человекообразные обезьяны 20-30 млн. лет назад были широко распространены по всему Старому Свету. К более позднему периоду (14-8 млн. лет назад) относятся найденные в Северной Индии рамапитеки, от которых также сохранились лишь зубы и фрагменты челюстей.

От общей исходной формы в середине третичного периода разошлись две ветви эволюции: первая, понгидная, приведшая спустя много миллионов лет к современным человекообразным обезьянам, и вторая, гоминидная, развитие которой привело, в конечном итоге, к появлению человека современного анатомического типа.

Представители названных ветвей в дальнейшем в течение многих миллионов лет развивались независимо друг от друга в разных адаптивных направлениях. В ходе эволюции каждая из двух ветвей выработала специфические особенности своей биологической организации, связанные с приспособлением к соответствующему образу жизни.

Понгидная ветвь, или ветвь высших обезьян эволюционировала в направлении приспособления к древесному образу жизни, со всеми вытекающими анатомическими особенностями: удлинением передних и укорочением задних конечностей, укорочением большого пальца кисти, удлинением и сужением костей таза, развитием гребней на черепе и др. У высших приматов существовали и иные способы передвижения.


Гоминидная ветвь, или человеческая ветвь, напротив, развивалась в направлении приспособления к наземному образу жизни, следствием чего явилось прямохождение, освобождение передних конечностей от функции опоры и использование передних конечностей для длительного удержания предметов окружающей природы в поле зрения в процессе обследования этих предметов. Это, в свою очередь, расширяло познавательные возможности гоминид, позволяло сосредотачиваться на мелких деталях предметов и, следовательно, стимулировало развитие мозга и органов чувств, особенно зрения. В дальнейшем это привело к изготовлению искусственных орудий, что и было решающим в выделении человека из природного мира. Прямохождение обусловило удлинение нижних конечностей и укорочение верхних, утрату стопой хватательных функций, превращение ее в орган опоры выпрямленного тела, укорочение и расширение таза, появление нескольких изгибов на позвоночнике и проч. Таким образом, прямохождение явилось глубочайшим качественным переломом в эволюции высших приматов, так как создало главнейшую биологическую предпосылку возникновения трудовой деятельности, которая стала решающим фактором выделения человека из животного мира.

2. Особенности роста и развития организма. Влияние факторов внешней среды на процессы морфофункционального созревания организма.

Основные виды морфологических исследований процесса роста.

Индивидуализирующий метод. Генерализирующий метод.

Рост – это качественные увеличения биомассы организма за счет увеличения геометрических размеров и массы отдельных его клеток или увеличение числа клеток благодаря их делению.

Развитие – это качественные преобразования в многоклеточном организме, которые протекают за счет дифференцировочных процессов (увеличений разнообразия клеточных структур) и приводят к качественным и количественным изменениям функций организма.

Установлено, что различия в длине тела взрослых проявляются уже в младенческом возрасте. В четыре года общий уровень ростовой кривой определяется почти полностью.

Факты показывают, что различия в средней длине тела взрослых проявляются уже в младенчестве и представляют собой выражение свойственной группе интенсивности роста. По внутригрупповым наблюдениям В. В. Бунака, при типе ускоренного роста постпубертатная фаза коротка и суммарный прирост длины тела в этот период невелик, в то время как при типе замедленного роста постпубертатная фаза более продолжительна и суммарный прирост длины тела в этот период оказывается большим, чем в первом случае.

Однако эта компенсация никогда не бывает полной и не сглаживает уже наметившихся различий.

Регуляция процессов роста имеет генетическую основу, и действие ее более эффективно у гетерозигот, чем у гомозигот. Поэтому расширение кругов гетеролокальных браков ведет к сдвигу у потомства средней характеристики популяции в сторону увеличения многих морфологических признаков, в том числе и длины тела.

О влиянии внешних факторов на конечную длину тела в значительной степени свидетельствуют заметные различия величины этого признака у представителей разных социальных слоев, наблюдаемых почти во всех странах. Отмечено, что у обеспеченных слоев населения длина тела выше, чем у необеспеченных, в пределах одной популяции.

Содержание белка в пище способствует увеличению длины тела. Такой же эффект наблюдается при избыточной калорийной диете.

Так, при исследовании недостаточности питания В. Г. Штефко отмечает наибольшее нарушение физического развития при голодании в 8-9 лет и в 12-13 лет, а наименьшую чувствительность к голоду – у детей в 6 лет. При неблагоприятных условиях жизни, например, в военное время, многие исследователи отмечали задержки процессов роста у детей, особенно у подростков. Сильные неурожаи в Японии в 1918-1919 гг. повлекли за собой голод по всей стране. Голодная полоса отразилась на конечной длине тела тех, кто испытал ее в утробном периоде или в первые три года жизни.

При некоторых нарушениях деятельности желез внутренней секреции процесс роста тела в длину замедляется и заканчивается рано или, напротив, протекает слишком интенсивно, завершаясь значительно позже обычного. В первом случае длина тела взрослых не превышает 125-130 см, во втором – длина тела мужчин составляет больше 200 см, женщин – 190 см. В настоящее время рост тела в длину практически прекращается у женщин в возрасте 16-17 лет, у мужчин – 18-19 лет.

Методы, позволяющие изучать процессы роста и развития организма человека, подразделяются на поперечные (кроссекциональные) методы исследования и продольные (лонгитудинальные) методы исследования.

Метод поперечного исследования – одновременное обследование представителей разных возрастных групп. Он позволяет воссоздать усредненную картину закономерностей онтогенеза. Например, диспансерное обследование уровня здоровья учащихся всех классов школы. Статистически достоверным является результат при обследовании группы в 20-30 человек, а при разработке гигиенических нормативов – не менее 100 человек.

Метод продольного исследования – обследование в течение ряда лет одних и тех же детей ежегодно или несколько раз в год. Это позволяет подробно проследить динамику происходящих в организме возрастных изменений. Международные научные журналы признают группу в 5-6 человек достаточной для проведения подобных исследований.

Среди показателей, позволяющих оценить рост и развитие детей, на первое место выступают антропометрические и физиометрические показатели, а также функциональные пробы.

Антропометрические исследования позволяют количественно описать строение организма и измерить тотальные размеры тела, степень развития компонентов массы тела, пропорции тела, конституцию и другие размерные показатели.

Физиометрические исследования позволяют оценить некоторые функциональные возможности организма. Измеряют артериальное давление (АД), частоту сердечных сокращений (ЧСС), жизненную емкость легких (ЖЕЛ), динамометрию и другие.

Функциональные пробы позволяют исследовать любую физиологическую систему в процессе ее функциональной активности. Например, дозированные физические нагрузки применяют для оценки работоспособности сердечно-сосудистой системы (ССС), дыхательной системы (ДС), опорно-двигательного аппарата (ОДА).

Естественный эксперимент. Различные социальные катаклизмы, экстремальные условия, в которых оказываются люди, представляют естественный эксперимент, который может сильно повлиять на темпы роста и развития детей. Например, существенные различия могут быть выявлены у детей, растущих в разных социально-экономических условиях. Различные педагогические и оздоровительные технологии также могут повлиять на процессы роста и развитие детского организма. Поэтому сопоставление данных детей, посещающих разные сады или школы, – одна из форм проведения естественного эксперимента.

Статистические методы. Все количественные показатели носят статистический характер, то есть отражают наиболее вероятный уровень измеренного показателя. Для работы с подобными вероятностными величинами разработаны специальные математические приемы, позволяющие статистически определить их вероятность.

3. Периодизация индивидуального развития. Перипубертатный период.

Основные закономерности роста и развития человека. Наследственные влияния на онтогенез.

Схема возрастной периодизации постнатального развития человека была принята на VII Всесоюзной конференции по проблемам возрастной морфологии, физиологии и биохимии, состоявшейся в 1965 г. (табл. 6). Эта схема нашла широкое применение в антропологии, педиатрии и педагогике.

Схема возрастной периодизации онтогенеза человека, принятая на VII Всесоюзной конференции по проблемам возрастной морфологии, физиологии и биохимии АПН СССР (Москва, 1965) 1. Новорожденные 1-10 дней 2. Грудной возраст 10 дней-1 год 3. Раннее детство 1-3 года 4. Первое детство 4-7 лет 5. Второе детство 8-12 (мальчики) 8-11 (девочки) 6. Подростковый возраст 13-16 (мальчики) 12-15 (девочки) 7. Юношеский возраст 17-21 год (юноши) 16-20 лет (девушки) 8. Зрелый возраст, I период 22-35 (мужчины) 21-35 (женщины) II период 36-60 (мужчины) 36-55 (женщины) 9. Пожилой возраст 61-74 года (мужчины) 56-74 года (женщины) 10. Старческий возраст 75-90 лет (мужчины и женщины) 11. Долгожители 90 лет и выше Краткая характеристика периодов индивидуального развития Пренатальный период подразделяется на два: эмбриональный и фетальный (плодный). В течение первого периода, который продолжается 8 недель, происходит формирование органов и частей тела, свойственных взрослому человеку. В фетальный период главным образом увеличиваются размеры, и завершается органообразование.

Скорость роста плода возрастает до 4-5 месяцев. После 6 месяцев скорость роста линейных размеров уменьшается. По-видимому, одна из причин замедления роста в конце внутриутробного периода – ограниченные размеры полости матки. По данным Дж.

Таннера, скорость роста близнецов замедляется в тот период, когда их общий вес становится равным весу одиночного 36-недельного плода. Следовательно, материнский организм (размеры матки и плаценты, питание матери и т. п.) оказывает значительное влияние на рост плода и размеры новорожденного.

Постнатальный онтогенез. Сразу после рождения наступает период, называемый периодом новорожденности. Основанием для его выделения служит тот факт, что в это время имеет место вскармливание ребенка молозивом в течение 8-10 дней. Длина тела при этом должна быть 50-57 см. Обхват груди должен быть больше 1/2 длины тела на 9-10 см.

У недоношенных новорожденных длина тела ниже 45 см.

Следующий период – грудной – продолжается до 1 года. Начало его связано с переходом к питанию «зрелым» молоком. Во время грудного периода наблюдается наибольшая интенсивность роста по сравнению со всеми остальными периодами внеутробной жизни. Длина тела увеличивается от рождения до года примерно в 1,5 раза, а вес утраивается. С 6 мес. начинают прорезываться молочные зубы.


Период раннего детства длится от 1 года до 4 лет. На 2-м – 3-м году жизни заканчивается прорезывание молочных зубов. После 2 лет абсолютные и относительные величины годичных приростов размеров тела быстро уменьшаются.

С 4 лет начинается период первого детства, который заканчивается в 7 лет. В этот период некоторые исследователи отмечают небольшое увеличение скорости роста, называя его «первым ростовым скачком»;

однако было обращено внимание на то, что этот скачок свойствен не всем детям. Начиная с 6 лет, появляются первые постоянные зубы.

Возраст от 1 года до 7 лет называют также периодом нейтрального детства, поскольку мальчики и девочки почти не отличаются друг от друга по размерам и форме тела. Следует отметить, однако, что уже в этот период у девочек больше количество жира.

Период второго детства длится у мальчиков с 8 до 12 лет, у девочек с 8 до 11 лет. В этот период выявляются половые различия в размерах и форме тела, а также начинается усиленный рост в длину. Темпы роста у девочек выше, чем у мальчиков, так как половое созревание у девочек начинается в среднем на два года раньше. Примерно в 10 лет девочки обгоняют мальчиков по длине и весу тела, ширине плеч (1 перекрест ростовых кривых). В этот период у девочек быстрее растут нижние конечности, происходит интенсивное увеличение показателей массивности скелета. В среднем к 12-13 годам у мальчиков и девочек заканчивается смена зубов (за исключением третьих моляров).

В период второго детства повышается секреция половых гормонов (особенно у девочек), в результате чего начинают развиваться вторичные половые признаки.

Последовательность появления вторичных половых признаков довольно постоянна: у девочек сначала формируется грудная железа, затем появляются волосы на лобке, а потом в подмышечных впадинами. Матка и влагалище развиваются одновременно с формированием грудных желез. Средний возраст развития (в качестве среднего возраста развития того или иного признака принимается возраст, в котором у 50 % обследованных детей и подростков данный признак уже выражен, а у остальных отсутствует) грудных желез у девочек различных этнических групп колеблется от 9 до 10 лет. Средний возраст появления волос на лобке приходится на самый конец периода второго детства.

В гораздо меньшей степени в этот период процесс полового созревания выражен у мальчиков. Лишь к концу периода второго детства у них начинается ускоренный рост яичек, мошонки, а затем полового члена. По данным болгарских медиков, длина полового члена в возрасте от 8 до 10 лет практически не меняется.

Этот период можно назвать этапом первичной социализации. В этот период интенсивно развиваются свойства, обеспечивающие взаимодействие ребенка с другими детьми и взрослыми. Иногда этот период еще называют «игровым», поскольку игра, причем преимущественно коллективная, занимает центральное место в развитии высших психических функций на данном этапе. Однако и общий план строения тела, и структурные особенности многих органов и тканей как бы подчинены этой задаче, приспособлены к интенсивной двигательной активности, с которой обычно связаны коллективные игры. Скелетные мышцы детей этого возраста состоят преимущественно из аэробных волокон, отличающихся высокой активностью окислительных систем, малоутомляемых и хорошо приспособленных к длительным, но не слишком высоким по мощности нагрузкам. Большой относительный размер сердца, повышенная диффузионная способность легких, структура сосудистого русла – эти и многие другие, морфологические и функциональные свойства детского организма в данном возрасте, по сути, предназначены для осуществления этапной целевой функции. В этом возрасте складываются хорошо отработанные взаимоотношения между центральными управляющими системами и эффекторными периферическими органами, все функции организма достигают своеобразного расцвета. Следовательно, к возрасту 10-11 лет ребенок в норме представляет собой образец оптимальной организации структур и функций человеческого организма, которые работают с очень высокой эффективностью.

В определенном смысле можно считать, что на этом планомерное онтогенетическое развитие могло бы быть завершено: организм достигает уровня развития «нимфы»

(обычной стадии развития у насекомых и некоторых других беспозвоночных), он способен не менее успешно, чем взрослый, выполнять все функции, кроме одной – функции размножения. И этим он отличается от «имаго», то есть полностью зрелого организма.

Следующий период – подростковый – называют также периодом полового созревания, или пубертатным. Он продолжается у мальчиков с 13 до 16 лет, у девочек – с 12 до 15 лет.

Датировку этого периода нельзя считать окончательной, поскольку по уровню полового созревания 13-летние мальчики соответствуют не 12-ти, а 11-летним девочкам.

Поэтому у мальчиков к началу подросткового периода только начинается половое созревание, напротив, у девочек оно в значительной степени захватывает еще и предшествующий период. В этот период наблюдается дальнейшее увеличение скоростей роста – пубертатный скачок, который касается всех размеров тела. Наибольшие прибавки по длине тела у девочек имеют место между 11 и 12 годами, по весу тела – между 12 и годами;

у мальчиков соответственно – между 13 и 15 годами. Особенно велики скорости роста большинства размеров у мальчиков, в результате чего в 13,5-14 лет они обгоняют девочек по длине тела К концу подросткового периода размеры тела составляют 90-97 % своей окончательной величины.

В разгар пубертатных перестроек (от 13-14 до 15-16 лет) во многих системах организма происходят кардинальные изменения. В этом возрасте регистрируется пубертатный скачок роста, в результате которого подростки достигают дефинитивной длины тела. Он происходит, главным образом, за счет увеличения длины конечностей, что в очередной раз радикально меняет всю биомеханику движений. Полностью меняется парадигма организации скелетных мышц, значительно возрастают роль и доля мышечных волокон, ответственных за проявление силы и быстроты. Соответственно этому укрепляются кости, обеспечивающие надежное выполнение мышцами их функций в качестве биомеханических рычагов. Формируется взрослый тип нервной и эндокринной регуляции функций. Строение тела приобретает четко выраженные половые черты – с сильно развитой грудной клеткой и узким тазом у юношей и с четко выраженной талией и развитым тазом у девушек. Вторичные половые признаки достигают дефинитивного уровня развития. В частности, четко проявляются половые различия в количестве и распределении подкожного жира. В этом же возрасте морфологически отчетливо начинают проявляться особенности, связанные с типом морфофункциональной конституции.

Наиболее четким показателем полового созревания женского организма является первая менструация. Она обычно начинается после того, как пройден максимум скорости роста тотальных размеров тела. В 1970-1980 гг. возраст появления менархе (первая менструация, главный признак полового созревания женского организма, указывающий на способность организма к беременности) у городского населения СССР и большинства стран мира около 13 лет. Например, средний возраст менархе оказался сходным (13,0-13, года) у девочек Москвы, Алма-Аты, Лондона, Стокгольма, Брюсселя, Каира, Сиднея, Монреаля. У девочек, живущих в сельской местности, отмечены более поздние сроки менархе: разница с городским населением составляет от 3 до 8 мес. Поздние сроки полового созревания характерны для подростков, живущих в экстремальных условиях обитания. Так, у высокогорных групп возраст менархе колеблется от 15 лет у киргизок Тянь-Шаня до 18 лет у шерпов Непала.

В подростковый период происходит интенсивное половое созревание мальчиков.

Продолжается рост яичек и полового члена, особенно в 13-14 лет. К 13 годам происходит мутация голоса, и появляются волосы на лобке;

к 14 годам наблюдается пубертатное набухание сосков и появляются волосы в подмышечных впадинах. К 15 годам начинается рост волос на верхней губе и подбородке. В 14-15 лет у мальчиков появляются первые поллюции (непроизвольные извержения семени).

Следует заметить, что у мальчиков по сравнению с девочками более продолжителен предпубертатный период и сильнее выражен пубертатный скачок роста. Различия в размерах тела между взрослыми мужчинами и женщинами в значительной степени зависят от времени наступления, продолжительности и интенсивности пубертатного скачка роста. До этого скачка различия в росте между мальчиками и девочками не превышают 2 %, а после него они достигают в среднем 8 %.

После пубертатного скачка темпы роста резко тормозятся и у девушек составляют 1 2 см в год;

у юношей – 3-4 см.

Пожалуй, это наиболее сложный и противоречивый этап постнатального онтогенеза, с наибольшим правом относящийся к разряду критических периодов развития. Именно в этом возрасте в организме, причем практически во всех его тканях, органах и системах, происходят серьезные изменения, связанные с резкой активацией генома и началом бурных дифференцировочных процессов. Асинхронность таких изменений в различных тканях приводит к разбалансировке большинства функций, утрачивающих былую эффективность, достигнутую на предыдущем этапе развития. Можно полагать, что основным звеном всех этих перестроек служат подростковые структуры головного мозга, которые тесно связаны с функцией гипофиза. Резкая активация гипофизарно-гонадной активности обусловливает существенное изменение гормонального фона, что неизбежно сказывается на деятельности всех клеток организма. Не все ткани в равной мере чувствительны к действию гормонов, но всем им приходится на этом этапе функционировать в условиях повышенного содержания целого спектра гормонов, оказывающих порой противоположное действие. Достижение регулярного баланса в этих условиях невозможно, да и не является «целью» данного этапа развития. Напротив, его основная задача – повышение лабильности системы, снятие запретов на резкие и разнонаправленные изменения, стимулируемые разворачиванием генетической программы. Конечная цель всех перечисленных процессов - достижение способности к размножению, как в биологическом, так и в социальном плане.

Юношеский возраст продолжается у юношей от 18 до 21 года, у девушек - от 17 до 20 лет. В этот период в основном заканчивается процесс роста и формирования организма, и все основные размерные признаки тела достигают дефинитивной (окончательной) величины. Созревание репродуктивной функции завершается к 18-20 годам. Завершение линейного роста у современных девушек происходит в возрасте 16-17 лет, а у юношей 19 20 лет. Однако в некоторых популяциях, таких как группы тутси (Восточная Африка) рост длины тела продолжается до 30-35 лет.

После прекращения линейного роста процессы морфо-функционального развития продолжаются. Особенно сильно это выражено у мужчин: повышается масса тела (за счет развития мышечного компонента), увеличивается обхват грудной клетки, жизненная емкость легких, повышается динамометрия кисти.

В зрелом возрасте форма и строение тела изменяются мало. Правда, у 20-30-летних людей еще продолжается рост позвоночного столба за счет отложения новых слоев костного вещества на верхних и нижних поверхностях позвонков. Однако этот рост незначителен, он не превышает в среднем 3-5 мм. Между 30 и 45-50 годами длина тела остается постоянной, а потом начинает уменьшается. Масса же тела может увеличиваться, главным образом за счет жирового компонента. Уровень функциональных показателей является стабильным.

В конце второго зрелого периода у женщин развивается климакс – потеря репродуктивной способности. Климакс начинает развиваться в тот период, когда в половых клетках начинают нарастать повреждения генома и повышается риск передачи искаженной наследственной информации. У мужчин нейрогуморальная перестройка в репродуктивной системе происходит более длительное время, и они сохраняют репродуктивную функцию до преклонного возраста.

Последние три возраста – пожилой, старческий и долгожители, составляют постдефинитивный период развития, для которого характерны инволюционные изменения организма. В этот период происходит уменьшение роста, падение веса тела, снижение функциональных показателей, изменение покровов, осанки и общее одряхление организма.

Вопросы для самопроверки:

Назовите методы, которые позволяют изучать процессы роста и развития организма человека.

2 Какие показатели регистрируют с целью изучения процессов роста и развития?

3 Что такое «естественный эксперимент»?

4 Назовите основные проявления индивидуальной изменчивости процессов роста.

5 Что входит в понятие онтогенеза?

6 Какие периодизации онтогенеза вам известны?

7 Назовите этапы постнатального онтогенеза, выделенные в схеме возрастной периодизации (Москва, 1965).

8 Дайте краткую характеристику периодов индивидуального развития от рождения до наступления половой зрелости.

9 Какие особенности характерны для пубертатного периода развития? В чем проявляется половой диморфизм на этом этапе развития?

10 Какими особенностями характеризуются периоды развития после наступления половой зрелости?

Раздел 4. Экология и охрана природы.

Лекция 9. Основные понятия экологии. Экологические факторы.

Закономерности взаимодействия организмов и среды обитания.

1. Понятие экологии. Общая характеристика среды обитания.

Классификация экологических факторов. Абиотические факторы, интенсивность их действия.

Экология - наука, изучающая взаимоотношения между организмами и факторами окружающей среды. Термин «экология» (от греческого oihos - жилище, дом и logos наука, знания) был предложен в 1868 году немецким биологом Эрнстом Геккелем (1834 1919) для обозначения нового научного направления в биологии по изучению законов взаимодействия биологических систем и окружающей среды.

Средой обитания называют совокупность факторов и элементов, воздействующих на организм в месте его обитания. Экология рассматривает наиболее крупные уровни организации живого: популяции, сообщества и экосистемы. Популяцией называется группа организмов одного вида, в достаточной степени изолированная от других групп.

Сообщество – это группа организмов различных видов, проживающих на общей территории и взаимодейстующих между собой. Экологическая система (биогеоценоз) – это сообщество организмов с окружающей их абиотической средой (почвой, атмосферой и т. п.).

Обычно употребляют следующие экологические термины:

- биоценоз - сообщество совместно живущих организмов;

- биотоп - среда (место) обитания;

- фитоценоз - сообщество растений;

- зооценоз - сообщество животных;

- микробиоценоз - сообщество микроорганизмов;

- биота - совокупность всех живых организмов;

-биом - совокупность различных групп организмов и среды их обитания в определенной ландшафтно-географической зоне;

- экотоп - место обитания сообщества живых организмов, включающие совокупность абиотических компонентов среды обитания.

В экологическую систему входят абиотические (то есть неживые) и биотические компоненты. Почву, относящуюся к абиотическим компонентам, нередко рассматривают как отдельную структурную единицу экосистемы.

Биотопы объединяются в биохоры, а последние – в биоциклы. Так, биотопы каменистых, глинистых и песчаных пустынь объединяются в биохор пустынь;

биохоры пустынь, лесов и степей объединяются в биоцикл суши. Три биоцикла: суша, море и внутренние водомы – образуют биосферу.

Одним из важнейших экологических понятий является поток энергии. Энергия приходит в экологические системы в конечном счте от Солнца;

при этом автотрофы используют непосредственно солнечный свет, а гетеротрофы получают от автотрофов уже преобразованную энергию в виде питательных веществ. За год одним квадратным метром земной поверхности (и растениями на нм) поглощается около 5 · 10 9 Дж тепла. Большая часть энергии сразу отражается обратно в атмосферу, часть усваивается организмами и переходит в другие формы. При этом какая-то доля энергии также переизлучается в атмосферу в виде тепла.

В связи с тем, что живой организм - это открытая биологическая система, факторы среды могут влиять на организм на любой стадии его развития. К таким экологическим факторам относятся: абиотические, биотические и антропогенные. Абиотические факторы - это все влияющие на организм элементы неживой природы (температура, свет, влажность, радиационный фон, состав воздуха, воды, почвы и другие). Биотические факторы - сумма воздействий живых организмов. Антропогенные факторы - влияние человека на другие организмы и на среду обитания.

Основные абиотические факторы Свет - важнейший абиотический фактор, с которым связана вся жизнь на Земле, так как служит практически единственным источником энергии. Первоисточником энергии для экологических систем является Солнце. Энергия распространяется в космосе в виде электромагнитных волн. Из всего количества энергии, достигающей Земли (10,5 хЮ кДж/м2 в год) лишь 1% преобразуется в химическую энергию биомассы в процессе фотосинтеза. В спектре солнечного света выделяют три биологически неравнозначные области: ультрафиолетовая (10%)/видимая (45%) и инфракрасная (45%).

Ультрафиолетовые лучи губительны для всего живого. Жизнь на поверхности Земли возможна благодаря озоновому экрану. Озоновый слой задерживает основной поток этих лучей. Небольшие их количества, достигающие планеты, необходимы для жизни. Например, под их воздействием синтезируется витамин Д в организме животных и человека.

Видимые лучи имеют наибольшее значение. Энергия видимого света используется для процессов фотосинтеза в хлоропластах растений. Особенно сильно поглощаются листьями оранжево-красные (0,66-0,68 мкм) и сине-фиолетовые (0,4-0,5 мкм) лучи.

Большинство животных хорошо различают видимые лучи, с помощью которых они ориентируются в пространстве.

Инфракрасные лучи наиболее богаты тепловой энергией. Они поглощаются тканями растений и животных, объектами неживой природы. С этими лучами связана интенсивность физиологических процессов у живых организмов.

По отношению к свету выделяют три группы растений.

Светолюбивые, растущие на открытых местах в условиях полного солнечного освещения (тюльпан Биберштейна, зверобой продырявленный, василек луговой). У светолюбивых растений увеличение освещенности сверх оптимальной подавляет процесс фотосинтеза.

Тенелюбивые растения имеют экологический оптимум в области слабой освещенности и не выносят прямых солнечных лучей (кислица обыкновенная, копытень).

Теневыносливые растения - переносят некоторое затенение, но хорошо развивающиеся и на прямом солнечном свету (ландыш обыкновенный, ель, сирень).

Характер освещения имеет суточную и сезонную периодичность. В связи с этим у различных видов животных возникла приспособленность к активной жизнедеятельности в различное время суток. Почти все физиологические процессы у живых организмов имеют суточный ритм. Реакция животных и растений на продолжительность светового дня и ночи называется фотопериодизмом. Продолжительность светового дня меняется по сезонам года, поэтому многие виды животных и растений имеют годовые циклы развития.

Например, длина дня оказывает влияние на половую функцию многих животных: уве личение продолжительности светового дня весной стимулирует функции половых желез, а уменьшение его осенью приводит к затуханию их деятельности.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.