Билет № 51

1. Мейоз. Фазы мейоза. Биологическое значение и роль в комбинативной изменчивости.

2. Понятие о геронтологии и гериатрии. Индивидуальная и видовая продолжительность жизни человека. Теории старения.

3. Предмет. Содержание и структура экологии. Понятие о эндо и экзоэкологии. Аут-, дем-, синэкология, экосферология, мегаэкология. Экофакторы (классификация, эволюция и взаимосвязь). Экологическая валентность.

 

Первый вопрос:

Мейоз или редукционное деление клетки — деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза. Происходит в два этапа (редукционный и эквационный этапы мейоза). С уменьшением числа хромосом в результате мейоза в жизненном цикле происходит переход от диплоидной фазы к гаплоидной. Восстановление плоидности (переход от гаплоидной фазы к диплоидной) происходит в результате полового процесса.

Мейоз состоит из 2 последовательных делений с короткой интерфазой между ними.

Профаза I — профаза первого деления очень сложная и состоит из 5 стадий:

Лептотена или лептонема — упаковка хромосом, конденсация ДНК с образованием хромосом в виде тонких нитей (хромосомы укорачиваются).

Зиготена или зигонема — происходит конъюгация — соединение гомологичных хромосом с образованием структур, состоящих из двух соединённых хромосом, называемых тетрадами или бивалентами и их дальнейшая компактизация.

Пахитена или пахинема — (самая длительная стадия) кроссинговер (перекрест), обмен участками между гомологичными хромосомами; гомологичные хромосомы остаются соединенными между собой.

Диплотена или диплонема — происходит частичная деконденсация хромосом, при этом часть генома может работать, происходят процессы транскрипции (образование РНК), трансляции (синтез белка); гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой. У некоторых животных в ооцитах хромосомы на этой стадии профазы мейоза приобретают характерную форму хромосом типа ламповых щёток.

Диакинез — ДНК снова максимально конденсируется, синтетические процессы прекращаются, растворяется ядерная оболочка; центриоли расходятся к полюсам; гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.

К концу Профазы I центриоли мигрируют к полюсам клетки, формируются нити веретена деления, разрушаются ядерная мембрана и ядрышки

Метафаза I — бивалентные хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки.

Анафаза I — микротрубочки сокращаются, биваленты делятся и хромосомы расходятся к полюсам. Важно отметить, что, из-за конъюгации хромосом в зиготене, к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая, а не отдельные хроматиды, как в митозе.

Телофаза I — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

Второе деление мейоза следует непосредственно за первым, без выраженной интерфазы: S-период отсутствует, поскольку перед вторым делением не происходит репликации ДНК.

Профаза II — происходит конденсация хромосом, клеточный центр делится и продукты его деления расходятся к полюсам ядра, разрушается ядерная оболочка, образуется веретено деления.

Метафаза II — унивалентные хромосомы (состоящие из двух хроматид каждая) располагаются на «экваторе» (на равном расстоянии от «полюсов» ядра) в одной плоскости, образуя так называемую метафазную пластинку.

Анафаза II — униваленты делятся и хроматиды расходятся к полюсам.

Телофаза II — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

В результате из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных клетки. В тех случаях, когда мейоз сопряжён с гаметогенезом (например, у многоклеточных животных), при развитии яйцеклеток первое и второе деления мейоза резко неравномерны. В результате формируется одна гаплоидная яйцеклетка и три так называемых редукционных тельца (абортивные дериваты первого и второго делений).

Биологическое значение мейоза заключается в поддержании постоянства числа хромосом при наличии полового процесса. Кроме того, вследствие кроссинговера происходит рекомбинация – появление новых сочетаний наследственных задатков в хромосомах. Мейоз обеспечивает также комбинативную изменчивость – появление новых сочетаний наследственных задатков при дальнейшем оплодотворении.

Второй вопрос: Геронтология - наука, изучающая биологические, социальные и психологические аспекты старения человека, его причины и способы борьбы с ним (омоложение). Возникла около века назад. Составными частями геронтологии являются гериатрия - учение о болезнях, связанных с инволюционными изменениями, а также особенности лечения и профилактики заболеваний в пожилом и старческом возрасте, герогигиена, которая изучает вопросы общей и специальной гигиены людей старших возрастных групп и геронтопсихология, которая изучает психолого-поведенческие особенности людей пожилого и престарелого возраста.

Гериантрия - частный раздел геронтологии, занимающийся изучением, профилактикой и лечением болезней старческого возраста. Некоторые заболевания часто наблюдаются именно у пожилых людей. Например, болезнь Альцгеймера, как правило, обнаруживается у людей старше 65 лет.

Индивидуальная продолжительность жизни.

Индивидуальная продолжительность жизни (ИПЖ) зависит ряда факторов.

• Социально-экономические факторы (экономическое развитие государства, улучшение гигиенических условий, снижение детской смертности, достижения медицины). Так, в слаборазвитых странах ИПЖ составляет 32-45 лет; а в развитых странах 68-73 года.

• Экологические факторы (температура, воздушная среда и т.д.). Показано, что снижение температуры тела, то есть жизнь в холоде, замедляет интенсивность и темп обменных процессов и тем самым замедляет старение. Так, у дрозофил при t = 10° ИПЖ составляет 177,5 дня, а при t = 30° – 15,2 дня. Аналогичные данные получены по мышам и крысам.

• Уменьшение содержания кислорода в воздухе приводит к недоокислению многих веществ в организме (проблема свободных радикалов) и преждевременному старению. Вспомним, что большинство долгожителей живут в сельской местности.

• Генетические факторы. Имеет место корреляция ИПЖ детей и родителей. Так, 86% людей старше 90-100 лет имеет родителей-долгожителей; близнецы имеют примерно одинаковую ИПЖ; сердечно-сосудистые заболевания протекают легче, если родители – долгожители.

• Половой диморфизм. У женщин выше надежность систем саморегуляции, поэтому ИПЖ женщин выше, чем у мужчин.

• Гетерозис (смешение разных расовых групп). Дети от смешанных браков живут в среднем дольше.

• Образ жизни (режим питания, двигательный режим, активность человека как личности и как субъекта деятельности). Получена высокая корреляция (0,8-0,9) между общей калорийностью пищи, интенсивностью белкового обмена и видовыми сроками жизни.

• Творческая активность: ИПЖ у выдающихся ученых и деятелей искусства на 3-3,5 года выше средневидовой. Лица творческих профессий меньше подвержены наиболее частой болезни старческого возраста - атеросклерозу сосудов головного мозга. Таким образом, позднее завершение деятельности - один из главных факторов долголетия.

Под видовой (биологической) продолжительностью жизни подразумевается средний минимальный возраст, которого особи данного вида достигают при наиболее благоприятных условиях существования. После этого происходит снижение жизнеспособности организма, и на определённом этапе смерть становится неизбежной. Предполагается, что видовая продолжительность жизни является генетически запрограммированной, но различные факторы могут ускорить старение, приводя к преждевременной смерти.

Видовые изменения временной структуры продолжительности жизни. В основном это такие явления, как акселерация и ретардация.

Акселерация - ускорение развития (в основном физического) в раннем онтогенезе, начиная с периода новорожденности

Ретардация - замедление процессов старения. В результате расширяется период акме (наиболее продуктивной жизни).

Теории старения.

Старение — многопричинный процесс, вызываемый многими факторами, действие которых повторяется и накапливается в течение всей жизни. Среди них стресс, болезни, накопление продуктов метаболизма, воздействие чужеродных веществ, изменение концентрации водородных ионов, температурные повреждения, недостаточное выведение продуктов распада белков, гипоксия и т. д.

Теории:

Согласно теории генетической программы, старение и старость являются последним: этапом.жизни человека, который завершает смерть. Эта теория предполагает, что каждый индивид имеет заданную продолжительность жизни, т. е. как бы носит в себе своеобразный «часовой механизм».

Мутационная теория считает старение результатом превращений, происходящих внутри клетки. Мутации в клетках происходят в течение всей жизни, их количество бесконечно велико. Мутационные изменения, связанные с процессом старения, практически не поддаются коррекции; их можно считать одной из возможных причин старения на молекулярном уровне.

Согласно аутоиммунной теории старения, антитела белков собственного организма могут влиять на процесс старения клеток и даже являются причиной их гибели.

Сторонники теории истощения считают, что отдельные органы и организм как единое целое постепенно истощаются и изнашиваются.

Теория отработанных клеток предполагает, что в клетках скапливаются отработанные вещества и это препятствует нормальной жизнедеятельности организма.

Приведенные теории не опровергают, а скорее дополняют друг друга.

Третий вопрос:

Экология - наука об отношениях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой. Термин впервые предложил немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году.

предметом исследования экологии являются биологические макросистемы (популяции, биоценозы, экосистемы) и их динамика во времени и пространстве. Из содержания и предмета исследований экологии вытекают и её основные задачи, которые могут быть сведены к изучению динамики популяций, к учению о биогеоценозах и их системах. Структура биоценозов, на уровне формирования которых, как было отмечено, происходит освоение среды, способствует наиболее экономичному и полному использованию жизненных ресурсов. Поэтому главная теоретическая и практическая задача экологии заключается в том, чтобы вскрыть законы этих процессов и научиться управлять ими в условиях неизбежной индустриализации и урбанизации нашей планеты.

Современная экология — сложная, разветвлённая наука. Ч. Элтон использовал концепции трофической (пищевой цепи), пирамиды численности, динамики численности

Полагают, что вклад в теоретические основы современной экологии внёс Б. Коммонер, сформулировавший основные 4 закона экологии:

Всё связано со всем

Ничто не исчезает в никуда

Природа знает лучше — закон имеет двойной смысл — одновременно призыв сблизиться с природой и призыв крайне осторожно обращаться с природными системами.

Ничто не даётся даром

Эндоэкология — это наука, которая изучает и разрабатывает методы и средства, позволяющие поддерживать чистоту внутренней среды организма, тем самым обеспечивая нормальную жизнедеятельность всех органов и тканей. Эндоэкология — новое ответвление научной медицины, которое призвано не лечить заболевания, а в первую очередь заниматься их профилактикой, что является крайне важным в современных условиях.

экзоэкология – это наука, изучающая условия существования организмов во внеш- ней среде и взаимосвязи организма и среды.

Аутэкология - раздел экологии, изучающий взаимоотношения организма с окружающей средой.

Демэкология - раздел общей экологии, изучающий динамику численности популяций, внутрипопуляционные группировки и их взаимоотношения.

Синэколо?гия — раздел экологии, изучающий взаимоотношения организмов различных видов внутри сообщества организмов.

Экосферология – учение о среде формирования биосферы.

Мегаэкология - область знания, объединяющая все науки (в том числе и небиологические), имеющими дело с экологическими проблемами (например, социальную экологию, экологию личности, правовую экологию и т.д.), и мероприятия, направленные на решение экологических проблем (приемы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов).

Экологи?ческие фа?кторы — свойства среды обитания, оказывающие какое-либо воздействие на организм. Один и тот же фактор среды имеет разное значение в жизни совместно обитающих организмов. Например, солевой режим почвы играет первостепенную роль при минеральном питании растений, но безразличен для большинства наземных животных. Экологические факторы могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы, определяющие морфо-анатомические и физиологические изменения организмов.

По характеру воздействия

Прямо действующие — непосредственно влияющие на организм, главным образом на обмен веществ

Косвенно действующие — влияющие опосредованно, через изменение прямо действующих факторов (рельеф, экспозиция, высота над уровнем моря и др.)

По происхождению

Абиотические — факторы неживой природы:

климатические: годовая сумма температур, среднегодовая температура, влажность, давление воздуха

эдафические (эдафогенные): механический состав почвы, воздухопроницаемость почвы, кислотность почвы, химический состав почвы

орографические: рельеф, высота над уровнем моря, крутизна и экспозиция склона

химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность

физические: шум, магнитные поля, теплопроводность и теплоёмкость, радиоактивность, интенсивность солнечного излучения

Биотические — связанные с деятельностью живых организмов:

фитогенные — влияние растений

микогенные — влияние грибов

зоогенные — влияние животных

микробиогенные — влияние микроорганизмов

Антропогенные (антропические):

физические: использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолётах, влияние шума и вибрации

химические: использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта

биологические: продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания

социальные — связанные с отношениями людей и жизнью в обществе

По расходованию

Ресурсы — элементы среды, которые организм потребляет, уменьшая их запас в среде (вода, CO2, O2, свет)

Условия — не расходуемые организмом элементы среды (температура, движение воздуха, кислотность почвы)

По направленности

Векторизованные — направленно изменяющиеся факторы: заболачивание, засоление почвы

Многолетние-циклические — с чередованием многолетних периодов усиления и ослабления фактора, например изменение климата в связи с 11-летним солнечным циклом

Осцилляторные (импульсные, флуктуационные) — колебания в обе стороны от некоего среднего значения (суточные колебания температуры воздуха, изменение среднемесячной суммы осадков в течение года)

Взаимодействие факторов - одновременное или последовательное суммарное воздействие на организмы различных природных факторов, приводящее к ослаблению, усилению или видоизменению действия отдельного фактора.

Все экологические факторы или во всяком случае основные, ведущие, довольно тесно взаимосвязаны друг с другом. Обычно изменение одного из них влечет за собой и изменение других. Поэтому, изучая реакцию растения на тот или иной фактор, всегда надо иметь в виду это взаимодействие факторов и по возможности исключить действие других факторов, «вычленить» один изучаемый.

Экологическая валентность -

степень приспособляемости живого организма к изменениям условий среды. Э. в. представляет собой видовое свойство. Количественно она выражается диапазоном изменений среды, в пределах которого данный вид сохраняет нормальную жизнедеятельность. Э. в. может рассматриваться как в отношении реакции вида на отдельные факторы среды, так и в отношении комплекса факторов Виды, обладающие широкой Э. в. по отношению к комплексу факторов, называются эврибионтами в противоположность стенобионтам, обладающим малой приспособляемостью. Поскольку эврибионтность даёт возможность заселения разнообразных мест обитания, а стенобионтность резко суживает круг пригодных для вида стаций, эти две группы часто называют соответственно эври- или стенотопными