Хордовые животные. Характеристика основных классов

Хордовые животные

Эволюционно этот таксон является самым молодым. Сегодня насчитывается 60 тыс видов.

Отличительными особенностями их строения и метаболизма являются:

1. Наличие эластичного стержня-хорды или полноценного позвоночника;

2. Нервная трубка располагается на спинной стороне тела, образуя спинной мозг;

3. Развитый головной мозг;

4. Кислородное дыхание;

5. Кишечник не заходит в хвостовой отдел.

Среди хордовых есть морские обитатели, а также виды живущие на суше, в почве, воздушной среде.

Ланцетники

Это морские животные примитивного строения. Многие учёные рассматривают их, как переходную группу от беспозвоночных к позвоночным.

Особенностями строения этого животного являются:

• тонкая хорда;
• наличие жабер;
• расположенная в спинной части тела нервная трубочка.

Ланцетник обладает полупрозрачным телом, на спине и брюшной стороне, а также конце хвоста располагаются плавники, основной функцией которых является движение и поддержание равновесия в воде. Кожа тонкая, однослойная. Центральная нервная система представлена одной трубкой. Нет дифференциации между спинным и головным мозгом. В качестве органов чувств используются расположенные вокруг рта щупальца. Есть просто устроенные светочувствительные глазки. Скелет представлен хордой, вдоль нее расположены тяжи мышц.

Глотка может занимать до трети длины тела, в ней же расположены жаберные щели. Кишечник примитивный, недифференцированный, оканчивается анальным отверстием. Имеется печеночный вырост, секретирующий ферменты. Выделительная система похожа на таковую у кольчатых червей – систему извитых канальцев, продукты метаболизма выводятся через жабры. Дышит ланцетник всей поверхностью тела. Кровеносная система развита, замкнута частично, имеются сосуды. Ланцетники раздельнополы, оплодотворение наружное. Яйца развиваются в водной среде.

Рыбы

Характерной чертой является наличие развитых челюстей и жаберное дыхание. Наружные покровы – кожа. У костистых она покрыта чешуей, у хрящевых – голая, с рядами бляшек. Двигаться могут с помощью плавников.

Спинной мозг находится внутри позвоночника. Имеются ребра. Головной мозг состоит из пяти отделов. Вдоль тела располагается орган тактильных чувств – боковая линия. Глаза сложной структуры. Есть органы вкуса и обоняния. Органы слуха парные. Большинство представителей обладает единственным кругом кровообращения и двухкамерным сердцем.

Пищу рыбы хватают ртом, разрывают и удерживают зубами. Комок попадает в глотку, потом через пищевод в желудок. Анальное отверстие располагается в районе задних брюшных плавников. Организм рыбы поддерживает свое осмотическое давление за счет выделения лишних солей почками.

Рыбы двуполы в большинстве своем, редко встречаются гермафродиты, некоторые из них способны к самооплодотворению. Брачное поведение довольно сложное — строятся гнезда, куда откладываются икринки. Оплодотворение наружное.

В экосистеме различные виды рыб играют различные роли – есть хищники и сапрофиты, растительноядные и паразитирующие. Велико их значение для хозяйственной деятельности человека – рыба является ценным промысловым ресурсом.

Земноводные

Это сравнительно немногочисленный таксон животных, приспособленных к обитанию на суше и в воде. Для размножения большинству видов требуется водоем, так как в стадии личинки земноводное живет в водной среде.

Кожа тонкая и гладкая, она легко проницаема для газов и жидкостей, для дополнительного газообмена снабжена огромным количеством капилляров. На ней располагается множество продуцирующих слизь желез. Скелет имеет сложное строение, разделяясь на позвоночник, череп и конечности. Система мышц имеет довольно сложное строение, обеспечивая подвижность. Органами дыхания являются жабры, легкие и кожа.

Кровеносная система состоит из двух кругов кровообращения, сердце трехкамерное (два предсердия и один желудочек). Скорость метаболизма низкая, животные полностью зависимы от температуры внешней среды, являются холоднокровными. Все земноводные – хищники. Ловчим органом является длинный язык. Кишечник разделен на отделы, открывается в клоаку. Выделительная система представлена почками и мочевым пузырем, имеющим выводное отверстие в клоаку. Часть веществ удаляется через кожу.

Головной мозг больше, чем у рыб, есть нервные сплетения в районе плеч и поясницы. Глаза адаптированы к атмосферной среде, снабжены веками. Есть два обонятельных мешка. Слуховой аппарат довольно сложного строения, есть барабанная перепонка и среднее ухо. Кожа содержит множество нервных окончаний и является органом осязания.

Все виды раздельнополы, оплодотворение наружное. Развитие сложное, постадийное – яйцо, личинка, метаморфоз, взрослая особь. Яйца откладываются в воду большинством видов.

Пресмыкающиеся

В этом таксоне представлены преимущественно наземные виды, отличительными особенностями которых является:

• сухая кожа, покрытая чешуей или щитками;
• более выражено разделение позвоночника на отделы. Голова может поворачиваться;
• у всех, кроме змей есть грудная клетка, есть межреберные мышцы, обеспечивающие дыхание.

Развитая нервная система, головной мозг состоит из 5 отделов. Имеется 6 органов чувств. Дыхание легочное. Сердце трехкамерное, в нем возникает частичная перегородка, разделяющая венозную и артериальную кровь. Более сложный ЖКТ, где ярче выражена дифференциация на отделы. Выделительная система в виде почек, мочевого пузыря и клоаки. Размножение двуполое, с внутренним оплодотворением. Зародыш развивается в яйце, снабженном кожистой или известковой оболочкой. У некоторых видов – живорождение. Развитие прямое. Присутствует забота о потомстве.

Птицы

Это класс яйцекладущих теплокровных животных, приспособленных к полету в атмосфере. В связи с этим произошли качественные изменения строения тела:

• передние конечности в виде крыльев;
• облегченный скелет, наличие грудного киля и мощных мышц;
• наличие перьевого покрова;
• мощная дыхательная система состоящая из легких и пяти пар воздушных мешков;
• обтекаемая форма тела;
• наличие клюва;
• голосовой аппарат;
• четырехкамерное сердце;
• зубов нет, пища измельчается в желудке, для чего птица глотает песок и камешки;
• быстрый метаболизм.

Очень развитый головной мозг с большим мозжечком, контролирующим положение тела и двигательную активность. Сложное интеллектуальное поведение.

Размножение двуполое, оплодотворение внутреннее. Зародыш развивается в яйце. Для большинства видов характерна моногамия. Брачное поведение сложное.

Птицы являются важными участниками экосистем. Они способствуют распространению растений, разнося семена, хищники регулируют численность мелких животных.

Млекопитающие

Самый эволюционно молодой и прогрессивный таксон. Имеет ряд принципиальных отличий от всех других животных:

• Живорождение (кроме первозверей) и вскармливание потомства молоком;
• Настоящая теплокровность;
• Сильное развитие сальных и потовых желез;
• Разделение внутренней полости туловища на две диафрагмой;
• Высокое развитие нервной системы;
• Дифференцированные зубы.

Царство животных. Особенности строения, жизнедеятельности, размножения, роль в природе и жизни человека

Самым многочисленным на планете является царство животных. В нем насчитывается около 2 млн видов. Основными отличительными признаками животных являются:

• гетеротрофный тип питания;
• кислородное дыхание;
• внутриклеточный запас – в виде гликогена;
• у большинства – способность к движению.

Все животные организмы подразделяются на одноклеточных и многоклеточных.

Одноклеточные

К одноклеточным принадлежат животные, тело которых представлено единственной клеткой. Их насчитывается более 90 тыс видов. Характерными их особенностями являются:

• способность к образованию цист при наступлении неблагоприятных условий;
• активное движение с помощью ресничек, ложноножек жгутиков;
• для жизни необходима водная среда;
• роль в экосистеме – паразиты, сапрофиты, хищники.

У одноклеточных животных ДНК линейная, располагается в ядре. Питание – фагоцитоз, заглатывание частичек пищи поверхностью клетки или специальными в ней порами. Размножение бесполое, делением или примитивный половой процесс – конъюгация. Типичные представители – амебы, плазмодии, инфузории.

Многоклеточные

Это самый широкий таксон живого мира. На сегодняшний день существует свыше 1,5 млн видов. Важнейшей из отличительных черт является дифференциация клеток на ткани. У примитивных – специализированы отдельные клетки тела.

Многоклеточные отличаются сравнительно крупными размерами. В ходе эволюции для обеспечения приспособленности к условиям среды, интенсификации метаболизма сформировались системы органов. В связи с увеличением размеров тела потребовались отдельные системы для обеспечения газообмена в тканях, существование в условиях суши обусловило развитие эффективной опорно-двигательной системы, что позволило сохранять постоянную форму тела и при этом находиться в активном движении. Для успешного поиска пищи, укрытия, половых партнеров и решения других задач потребовалось развитие мозга.

Подразделяются на две большие группы по наличию и отсутствию скелета – хордовых и беспозвоночных.

Беспозвоночные

1. Кишечнополостные

Представители этого таксона обитают в водных условиях. Отличительными особенностями их являются:

• всего два зародышевых листка – энтодерма и эктодерма;
• наличие радиальной симметрии;
• наличие нервных и стрекательных клеток.

К ним относятся медузы, гидры, гребневики и другие. Их тело двуслойное: слой, находящийся внутри образует мешковидную гастральную полость, внешний – покровы. Между слоями тела находится желеобразное вещество со структурными коллагеновыми тяжами, выполняющими механическую функцию. У этих животных уже имеется дифференциация клеток на половые, нервные, мышечные, стрекательные. Полностью отсутствуют системы органов, большинство клеток имеет постоянный контакт с наружной средой. Для переваривания пищи используется открытая вовне гастральная полость, где находятся железистые клетки, внутриклеточное питание обеспечивают эпителиально-мускульные. Не поддающиеся перевариванию остатки удаляются через ротовое отверстие.

Размножающиеся половым способом виды, имеют планктонные или плавающие личинки. Некоторые, например, кораллы и гидры размножаются почкованием. Существуют сидячие и планктонные виды. Многие кишечнополостные ядовиты, яд, выделяется стрекательными клетками. Пловцы получают иногда ожоги от медуз.

2. Плоские черви

Это тип животных стоящих на более высокой эволюционной ступени, чем кишечнополостные. У них появляется билатеральная симметрия. Из всех 25 тыс видов, только класс Ресничных ведет свободный образ жизни в водоемах. К этому классу относятся планарии. Все остальные представители типа – паразиты. Это – лентецы, сосальщики, цепни, эхинококки.

Свободноживущие планарии являются хищниками. Представители паразитических видов – приспособлены к поглощению питательных веществ всей поверхностью тела или всасывают их ротовым отверстием. Передвижение планария осуществляет, сокращая кожно-мускульный мешок и использует реснички. Полость тела неразвита, для газообмена приспособлена внешняя поверхность. У многих (кроме ленточных) есть глотка, ведущая в единственную разветвленную кишку или пищеварительную паренхиму. Кишка замкнутая, непереваренные остатки возвращаются наружу через рот.

Отсутствуют полностью кровеносная и дыхательная системы. Имеется мускульный мешок, располагающийся во внутреннем слое тела и состоящий из нескольких слоев мышечных клеток, без подразделения на мышцы. Имеется нервная система ганглиального типа, в виде узлов, располагающихся в передней части тела, и нервных волокон. Органов чувств практически нет, вместо них – осязающие кожные клетки, светочувствительные глазки, способность держать равновесие. Размножение – половое. Абсолютное большинство представителей – гермафродиты.

3. Круглые черви 

Насчитывается свыше 24 тыс видов. Это вторая после насекомых по разнообразию видов группа животных. Существуют в качестве свободноживущих или как паразиты. Размеры разные – от мельчайших, способных паразитировать на насекомых, до видов длиной в несколько метров. Свободноживущие – являются обитателями почвы и воды.

Как правило, самки крупнее самцов. Вытянутое тело веретеновидной или нитевидной формы, является двуслойным кожно-мускульным мешком. Сверху покрыто кутикулой, следующим слоем – располагается дерма, еще глубже – продольные мышцы. В спинной и брюшной плоскостях находятся нервные тяжи, вдоль боковых сторон тела расположены выделительные канальцы и чувствующие нервы. Полностью отсутствуют кровеносная и дыхательная системы.

Система пищеварения трубкообразной формы, открытая. Анальное отверстие располагается на брюшке. Выделительная система представлена боковыми канальцами, газы диффундируют через поверхность тела. Есть окологлоточное нервное кольцо и тянущиеся вдоль тела тяжи нервных клеток. В качестве органов чувств присутствуют щетинки для осязания, обонятельные и железистые клетки. Многие из круглых червей раздельнополы, отличаются половым диморфизмом – самки внешне отличаются от самцов. Однако, есть и гермафродиты. Размножаются откладыванием большого количества яиц. Есть живородящие формы. Среди таксона очень большое количество паразитических видов. Они поражают все остальные группы животных и растений, вызывая нематодозы.

4. Кольчатые черви

Насчитывается около 18 тыс видов. Этот тип червей характеризуется отсутствием паразитических форм, представители обитают в воде и почве. Наиболее известный из них – дождевой червь. Для этого типа животных характерно наличие не только кольцевых, но и продольных мышц, что обеспечивает им дополнительную подвижность и возможность изгибаться в разных направлениях. Полость тела разделяется специальными перегородками на «кольца». Благодаря такому строению, при ранении червь теряет содержимое только из нескольких сегментов.

У них появляется кровеносная система замкнутого типа, вместо сердца наличествуют мускульные участки сосудов. Кишечник открытого типа, на заднем конце тела есть анальное отверстие. Специфическими для таксона являются выделительные органы – метанефридии. Для газообмена используется внешняя поверхность тела. Нервная система присутствует в виде крупного мозгового узла и нервной цепочки вдоль брюшной стороны. По одному нервному узлу располагается в каждом сегменте. Органы чувств имеются – это примитивные глаза, находящиеся на голове, там же – органы химической восприимчивости и осязания. Чувствительные клетки рассеяны по всему телу.

Размножение может быть половым и бесполым, так как очень высока регенерационная способность. Некоторые виды, в условиях избыточного питания на различных сегментах образуют множественные ротовые отверстия, по которым потом отделяются новые особи. Кольчатые черви раздельнополы.

5. Моллюски

Моллюски обитают во всех средах – в воде, почве и на поверхности. Насчитывают до 200 тыс видов. Весьма различаются размерами, анатомическим строением, образом жизни. Наиболее известны моллюски из классов Брюхоногие, Двустворчатые и Головоногие. Передвижение активное, с помощью мускульной ноги, которая у головоногих превращена в щупальца. Особенностью строения является наличие у большинства брюхоногих раковины, состоящей из минерализированного вещества.

Моллюски являются ценным источником пищи для человека, а также декоративных материалов – пурпура, перламутра, жемчуга. Однако, некоторые из представителей – активные сельскохозяйственные вредители.

Тело их несегментировано, наблюдается билатеральная симметрия. Анатомия разных классов сильно отличается, однако у всех есть мантия и ее полость, где располагаются дыхания и выделения. Структурными компонентами тела являются голова, нога и туловище. Нога используется для передвижения, прикрепления ко дну или закапывания в него, на ней же находятся органы равновесия.

Имеются основные внутренние органы и их системы:

• половая;
• пищеварительная;
• нервная ганглиального типа;
• дыхательная – имеются жабры и легкое;
• пищеварительная, состоящая из глотки, пищевода, желудка, пищеварительной железы, а также средней и задней кишок. Пищу измельчают теркой – специальными хитиновыми выростами в ротовой полости;
• выделительная. Есть примитивные почки;
• кровеносная, незамкнутого типа. Частично исполняет функции выделительной. Сердце двух- или, в некоторых случаях, трехкамерное.

Органы чувств – глаза, щупальца, органы для определения некоторых химических веществ, а также равновесия, есть рассредоточенные по телу чувствительные клетки. Размножение половое. Некоторые виды – гермафродиты, другие – раздельнополы. Моллюски – важное звено в цепях питания различных биоценозов.

6. Членистоногие

Этот таксон является наиболее многочисленным на планете. К нему относится две трети видов всех живых организмов. Отличительными особенностями данного Типа являются:

— хитиновый наружный скелет;

— сегментированное брюшко;

— членистые парные конечности.

Представители типа обитают во всех биоценозах, занимая воздушную, водную, земную среды. Рост особи скачкообразный, особенно интенсивный во время линьки. Дыхательные системы отличаются у разных классов. Кровеносная система незамкнутая. Пищеварительная система разделена на функциональные органы – глотку, пищевод, желудок, кишечник. Нервная – имеет сложное устройство, в ней насчитывается несколько компонентов – головной мозг, нервная цепочка вдоль брюшка, нервные волокна тела. Многие обладают сложно устроенными органами чувств. Имеется выделительная система. Распространена раздельнополость, гермафродитизм очень редок. Развитие сложное, состоит из нескольких стадий, бывает с неполным или полным превращением. В биоценозах играют различные роли, оказывают на них сильное влияние.

7. Ракообразные

Учеными описано свыше 73 тыс. видов. Обитают почти во всех типах водоемов. Есть сухопутные виды. Структурными компонентами тела являются голова, грудь и удлиненное брюшко. Иногда голова и грудь слиты в единую головогрудь. Изнутри к хитиновому скелету прикреплены мышцы. Кожно-мускульного мешка нет, мышцы представляют собой пучки поперечно-полосатой ткани. На голове располагаются чувствительные антенны, жвалы, называемые мандибулами, ротовое отверстие.

Дыхание жаберное, причем жабры могут располагаться на ногах или на нижней поверхности головогруди. Ноги многофункциональны – передние пары используются для удержания пищи, следующие – ходильные, у самок задние пары ног предназначаются для вынашивания молодняка. У многих видов последняя задняя пара ног видоизменена в пластинки и выполняет функцию плавника. Пищеварение внутреннее, в желудке расположены хитиновые пластинки для измельчения пищи. Имеется печень, выделяющая в кишку пищеварительные ферменты. Анальное отверстие находится на нижней поверхности брюшка.

Кровеносная система незамкнутая. Сердце расположено в области спины. Выделительная система представляет собой пару почек и структуру из выделительных канальцев. Компонентами нервной системы являются: пара надглоточных узлов, нервное кольцо, головной мозг и цепочка ганглиев вдоль брюшка. В ее состав входят и нейросекреторные клетки, осуществляющие гуморальную регуляцию. Глаза фасеточного или простого типа. Есть примитивные органы равновесия и осязательные волоски.

Размножение преимущественно половое. Однако в течение жизни некоторые виды способны менять пол. Довольно часто встречается партеногенез. Самки носят яйца на брюшных конечностях или откладывают их в воду. Ракообразным в общем свойственна забота о потомстве. Из яйца появляется личинка, растущая и развивающаяся в водной среде. Развитие у большинства ракообразных происходит с метаморфозом. Личинка становится взрослой особью после многочисленных линек.

8. Насекомые

Самый многочисленный класс животного мира – описано на сегодня более миллиона видов. Название получили из-за насечек на внешнем хитиновом скелете.

Тело состоит из головы, груди и брюшка. Имеется 6 пар ног и, у многих видов, крылья. Развитие сложное, с метаморфозом. Метаморфоз может происходить с полным и неполным превращением:

— неполное состоит из трех стадий – яйцо, личинка, взрослая особь;

— полное состоит из четырех стадий – яйцо, личинка, куколка, взрослая особь.

Как правило, насекомые с полным превращением имеют червеобразные личинки, у насекомых с неполным – личинка похожа на взрослое насекомое.

У насекомых ротовые органы могут быть различных типов:

• колюще-сосущего;
• трубчато-сосущего;
• грызуще-лижущего.

Глаза – фасеточные, состоящие из множества единичных глазков. Крылья развиваются из выростов внешних покровов. Дыхательная система состоит из множественных извитых трахей, пронизывающих тело и имеющих отверстия наружу – дыхальца. У летающих – имеются воздушные мешки. Кровеносная система незамкнутого типа, гемолифма свободно может изливаться из спинного сосуда и циркулировать в теле. Задний участок спинного сосуда выполняет роль сердца, в нем может быть от 4 до 10 камер. Нервная система довольно сложна, представляет собой цепочку узлов, соединенных между собой нервными тяжами. Мозг состоит из трех сросшихся узлов. Органы чувств очень разнообразны, есть рецепторы химических веществ, температуры, механических воздействий, света, слуха, обоняния и осязания и прочих.

Пищеварительная система представляет собой комплекс из пищеварительных желез и кишечного тракта. Органы выделения – задняя кишка и мальпигиевы сосуды, представляющие собой трубочки, соединенные одним концом с внутренней средой тела, а другим – выходящие в просвет кишки. Размножение половое, есть сложно устроенные парные половые железы.

Насекомые играют множество важных ролей в биоценозах, являясь непременным звеном пищевой цепи, оказывая позитивное и негативное влияние на других обитателей. Они, также, включены в хозяйственную деятельность человека. Они производят волокна натурального шелка, мед, опыляют растения, их употребляют в пищу, используют в качестве производителей красителей, а также естественных врагов вредных насекомых и сорных трав. Насекомые-паразиты доставляют человеку и сельскохозяйственным животным много неудобств.

9. Паукообразные

Самыми известными представителями являются пауки, клещи и скорпионы. На сегодняшний день известно более 100 тыс. видов паукообразных. Распространены повсеместно, в основном являются наземными обитателями, но известны и водные виды, например, паук-серебрянка. По типу питания являются хищниками. Тело покрыто тонким слоем кутикулы, имеет два отела – головогрудь и брюшко. Имеется 8 ходильных конечностей, а также хелицеры и педипальпы, служащие для захвата добычи и в качестве органов чувств.

Дыхательная система представлена трахейным аппаратом или легочными мешками. Нервная система имеет разное строение у различных представителей, но в общем плане имеется головной мозг и брюшная цепочка. Из органов чувств наиболее развиты осязание, зрение (глаз может быть от 2 до 12), химическое чувство. Пищеварительная система адаптирована для питания полужидкой пищей – многие виды-хищники имеют частично наружное пищеварение. Связав жертву липкой паутиной, они впрыскивают ей в полость тела пищеварительные ферменты, затем высасывают содержимое. Органы выделения в виде мальпигиевых сосудов. Паукообразные раздельнополы, обладают половым диморфизмом. Самки откладывают яйца, но есть и живородящие.

Многообразие растений. Основные отделы растений. Классы покрытосеменных, роль растений в природе и жизни человека

Растения появились на планете около 3 млрд лет назад, когда произошло разделение живого мира на царства. В настоящее время растений насчитывается свыше 350 тыс видов. Они присутствуют в большинстве биоценозов планеты и являются основными продуцентами биомассы.

В процессе эволюционного развития происходило усложнение растений. На данный момент насчитывается несколько их таксономических Отделов, очень сильно отличающихся друг от друга.

Водоросли

Он относится к подцарству Низших растений. Отличительными особенностями его представителей являются:

1) отсутствие разделения тела на ткани и органы – оно называется слоевищем или талломом;

2) гаметы могут быть одинакового размера и обе подвижными;

3) растение полностью зависит от наличия воды.

Еще одно существенное отличие от других растений – известно множество видов одноклеточных водорослей и колониальных форм. Абсолютное большинство водорослей являются эукариотами, однако к ним часто относят и синезеленые водоросли (цианобактерии), не имеющие ядра. Питаются, всасывая вещества всей поверхностью слоевища, одноклеточные – могут питаться фагоцитозом.

В биоценозах – являются производителями биомассы, продуцентами. Около 80% органики в морской среде производится водорослями.

Для человека имеют довольно важное значение – некоторые, как ламинария и хлорелла употребляются в пищу, из других получают необходимые вещества в химической промышленности – йод, органические кислоты, уксус. Используются в сельском хозяйстве как корм для животных. В фармакологии – как поставщики слизеобразных и желирующих веществ. Высокая скорость размножения и роста делает их важным биологическим ресурсом. Кроме водорослей, все остальные растения относятся к подцарству Высших растений.

Мохообразные

На Земле известно около 20 тысяч видов мохообразных. Это в большинстве своем сухопутные многолетние растения, довольно примитивного строения:

1) не имеют органов и тканей. К земле крепятся с помощью ризоидов;

2) в жизненном цикле половое поколение доминирующее, бесполое представлено спорофитом – коробочкой на ножке, вырастающей из основного тела мха. В этой коробочке и развиваются споры;

3) для полового размножения необходимо наличие воды, так как мужская гамета снабжена жгутиком и подвижна, до яйцеклетки расположенной в архегонии она может добраться только в воде.

Распространены везде, где есть пресная вода. Являются продуцентами биомассы. Удерживая влагу в почве, способствуют заболачиванию, также концентрируют в себе тяжелые металлы и радионуклиды. Выделяют консервирующие  и антисептические (сфагнум) вещества, из-за чего в глубоких болотах часто находят хорошо сохранившиеся тела погибших людей и животных, предметы быта прошлых веков.

Папоротники

Насчитывается около 10 тыс видов. Отличительными особенностями являются:

1) наличие уже заметных органов и тканей – вайи (примитивный листовой аппарат), видоизмененного побега (корневища), корней, а также проводящей ткани;

2) преобладает бесполое поколение спорофит;

3) для оплодотворения нужна вода.

Половое размножение папоротников происходит со сменой поколений – споры, которые можно увидеть, если взглянуть на нижнюю сторону вайи – неоплодотворены. Они высыпаются на землю, в благоприятных условиях из такой споры появляется следующее, половое поколение, гаметофит, представляющий собой небольшую плоскую пластинку. Иначе его называют заростком. На заростке развиваются мужские и женские гаметы. Созревшие гаметы во влажной среде сливаются, давая начало следующему бесполому поколению. После укоренения этого зародыша заросток отмирает.

Несколько видов папоротников употребляются в пищу. Также, вайи папоротника представляют интерес для флористов. Стоит помнить о существовании ядовитых папоротников, в том числе, произрастающих на территории России.

В настоящее время папоротники не имеют большого влияния на экосистемы, в прошлом – они были одним из доминирующих видов. Предполагается, что именно древние древовидные папоротники превратились со временем в пласты каменного угля.

Голосеменные

Это небольшой численно таксон, в котором насчитывается около 700 видов. Голосеменные, предположительно, произошли от древних папоротников. Известны с каменноугольного периода.

Отличительными их чертами являются:

1) наличие настоящих семян, но не имеющих околоплодника. Семена защищены чешуями шишек (научное название – стробилы);

2) развиты сосудистые, механические, основные ткани;

3) листья игольчатой формы, покрыты толстой кутикулой, у большинства не опадают, постепенно старые заменяются новыми.

Голосеменные принадлежат к обоеполым, ветроопыляемым растениям. На растении образуются мужские и женские шишки. Гаметофиты представлены пыльцевым зерном и яйцеклеткой, основной формой жизни является спорофит – собственно, кустарник или дерево. Голосеменные играют важную роль в биоценозах и хозяйственной деятельности человека.

Покрытосеменные

Эволюционно наиболее молодые растения. Главные их особенности – наличие цветков и завязи, а также двойное оплодотворение. Название получили в связи с тем, что семяпочка расположена внутри завязи, защищена от негативного влияния внешней среды. 

Цветковые в настоящее время – самый многочисленный таксон. Известно более 250 тыс. видов. Покрытосеменные отличаются крайним разнообразием форм, среди них известны деревья, кустарники, стелющиеся, полукустарники, травы.

Существует 2 таксономических класса покрытосеменных:

1. Однодольные –  к ним принадлежат семейства Лилейные, Орхидные, Злаки и многие  другие. Характеризуются:

• наличием мочковатой корневой системы;
• редким ветвлением стеблей;
• параллельным жилкованием листовых пластинок;
• отсутствием прилистников;
• отсутствием камбия;
• наличием одной семядоли.

Для точного установления принадлежности конкретного растения к данному классу требуется сочетание нескольких признаков.

2. Двудольные. Этот класс характеризуется следующими отличиями:

• наличием двухсемядольного зародыша;
• наличие образовательной ткани – камбия, располагающейся между древесиной и лубом, что обеспечивает возможность утолщения стебля в процессе роста;
• сетчатым жилкованием;
• наличием листьев сложной формы;
• стержневой корневой системой.

Играют очень важную роль в хозяйственной деятельности людей – к двудольным относятся многие сельскохозяйственные растения и практически все древесные формы покрытосеменных.

Царство растений. Строение (ткани, клетки, органы), жизнедеятельность и размножение растительного организма

Клетка растений

Растения – отдельное биологическое царство, состоящее из разнообразных организмов, обладающих определенными чертами:

• клетки обладают толстыми клеточными стенками из целлюлозы;
• имеют специфические органоиды — пластиды. Пластид три вида – хлоропласты содержат хлорофилл и осуществляют фотосинтез, хромопласты содержат красители и обеспечивают окраску плодов и цветков, в лейкопластах откладывается запасное вещество крахмал;
• клетки обладают крупными вакуолями, в которых запасается клеточный сок;
  ведут прикрепленный образ жизни;
• растут в течение всего жизненного цикла.

Ткани растений

У многоклеточных растений клетки специализированы и объединены в ткани. Растительная ткань обладает следующими отличительными особенностями:

• нет межклеточного вещества, клетки плотно прилегают друг к другу;
• в тканях может быть большое количество мертвых клеток, некоторые из тканей целиком представлены мертвыми клетками, например, механическая ткань (склеренхима) и пробка;
• одна и та же ткань может состоять из клеток разных типов – древесина (ксилема) состоит из проводящих клеток, древесных волокон и мертвых клеток механической ткани паренхимы.

Важными видами ткани растений являются:

• Образовательная (меристема)
• Основная (паренхима)
• Механическая
• Покровная
• Проводящая

Образовательная ткань участвует в формировании всех тканей, а значит и самого растения. Располагаясь на верхушке корня и стебля, она обеспечивает длительный рост растения. Клетки меристемы мелкие округлой формы, имеют тонкие стенки. Цитоплазма в них густая, ядро крупное, вакуолей нет или они очень мелкие. Делятся они в разных направлениях.

Основная ткань размещает в себе другие ткани и составляет основу органов растений. Она выполняет ряд функций, от фотосинтеза до запаса питательных веществ. Клетки паренхимы округлой формы, средней и крупной величины, содержат хлоропласты. Ядро располагается у стенки, вакуоли крупные. Хорошо развито межклеточное вещество.

Механическая ткань словно каркас обеспечивает прочность органов растения, оберегая их от излома. Это жилки листа, волокна стебля, косточки. Клетки вытянутой формы, оболочка утолщена, одревесневела. Цитоплазма часто отсутствует.  

Покровная ткань обеспечивает связь растения с окружающей средой и защиту. Она покрывает поверхность всех органов растения: кожицу листа, кору дерева. Клетки мелкие и средние, плотно прилегают друг к другу. Покровная ткань делится на три вида:

• эпидермис (кожица), расположена на поверхности листьев и молодых зеленых побегов;
• перидерма сменяет эпидермис и располагается на стеблях и корнях;
• корка образуется у кустарников и деревьев.   

Проводящая ткань находится в жилках листа, стебля, корня и обеспечивает передвижение воды и питательных веществ.  

Растения могут иметь разную структуру тела – существуют:

• талломные растения, у которых нет отдельных органов, например, некоторые мхи;
• листостебельные – есть листья и стебли, но нет корней. Это — большинство мхов;
• корнепобеговые – есть разделение на корневую и побеговую системы.

Органы растений

Органы растений разделяются на два типа:

• вегетативные – листья, стебель, корень;
• генеративные – плод, цветок, семя.

Корень – якорь растения, закрепляющий его в грунте. Он обеспечивает всасывание минеральных веществ и воды, в нем содержится запас питательных веществ, с его помощью осуществляются симбиотические связи, в нем синтезируются многие нужные вещества. Он может быть эволюционно видоизменен и представлять собой:

• корнеплод;
• корнеклубень;
• зацепку;
• воздушный корень.

Существует два вида корневых систем растений – мочковатая, где главный корень незаметен среди придаточных и стержневая, где главный корень длинный и толстый, а остальные являются придаточными.

Стебель может быть заметным, а может представлять собой небольшое утолщение у розеточных форм. Это орган надземной части растения, его основной функцией является проводящая – обеспечение листьев водой и минеральными веществами, а корня – органическими. Также, он выполняет механическую функцию, поддерживает растение в вертикальном состоянии. Стебель с почками и листьями называют побегом.

Почка – это зачаток побега или цветка, прикрытый укрывными чешуйками. Многие растения имеют видоизмененные побеги:

• корневища;
• клубни;
• луковицы.

На свойстве стебля образовывать придаточные корни основывается способ черенкового размножения.

Лист является основным питающим органом растения – в нем происходит фотосинтез. Кроме того, лист регулирует испарение воды растением и газообмен. Листья тоже могут быть видоизмененными и представлять собой:

• усики;
• колючки;
• ловчий орган.

При наступлении неблагоприятных условий растение впадает в состояние пониженного метаболизма и жертвует листьями – у древесной флоры при этом листья опадают, у трав – вянут с последующим разрушением, не отрываясь от стебля.

Цветок – это специализированный орган полового размножения, состоящий из:

• чашечки, представляющей собой соединенные чашелистики и удерживающей лепестки и цветоложе;
• венчика, состоящего из лепестков, обеспечивающего защиту от ветра и привлечение насекомых;
• пестика – женского органа размножения;
• тычинок, на которых образуется пыльца.

Если цветок содержит и тычинки, и пестик – он обоеполый. Если только пестик – женский. Цветок только с тычинками – мужской.

Размножение растений

Чтобы произошло оплодотворение, зернышко пыльцы должно оказаться на рыльце пестика. Яйцеклетка растения находится глубоко внутри пестика. После попадания на рыльце (верхнюю часть) пестика, зерно пыльцы быстро прорастает внутрь завязи, формируя тонкую полую трубочку. В этот момент в ней делится генеративное ядро, образуется два спермия. Когда трубка достигает дна завязи, один спермий сливается с яйцеклеткой, другой – с крупной центральной клеткой. Это называется двойным оплодотворением, уникальным явлением в живой природе. Результатом такого слияния становятся: семя,которое разовьется из яйцеклетки, и питательная ткань для него (эндосперм), который разовьется из триплоидной клетки, получившейся после слияния ее с другим спермием.

Цветковые могут быть двудомными – на одном растении появляются только мужские или только женские цветки или однодомными – тогда оба вида цветков развиваются на одном и том же растении.

Плод осуществляет функцию является защиты семян и обеспечение их распространения. Плоды могут быть односемянными и многосемянными, сухими и сочными. Сочные плоды имеют привлекательный и вкусный околоплодник, сухие – различные приспособления для разнесения их ветром или животными (летучки, пушинки, крючки).

Семя содержит в себе зародыш будущего нового растения и эндосперм для его питания на начальных стадиях развития. Семена состоят из одной или двух долей, на основании чего растения подразделяются на однодольные и двудольные, зародыша и плотной кожуры.

Для растений характерно и бесполое размножение:

• спорами различных типов размножаются мхи и папоротники;
• вегетативно размножается большинство цветковых растений, для этого используются различные его части – листья, побеги, корневища, клубни.

Низшие растения тоже способны к вегетативному размножению.

Царство грибов, строение, жизнедеятельность, размножение

Царство грибов

Грибы представляют собой отдельное царство живого мира, в котором объединены эукариоты, в строении и физиологии которых сочетаются признаки животных и растений. Изучением этого царства занимается микология.

На сегодняшний день ученые оценивают видовое разнообразие этого царства в 1,5 млн видов.

Грибы играют важную роль в биоценозах и хозяйственной деятельности человека. Они найдены во всех экологических нишах – в почве, воде, на суше.

Они являются редуцентами, разлагают биоматериалы, что способствует образованию плодородных почв.

Также, грибы являются частыми участниками симбиотических отношений:

• лишайник – симбиотический организм грибного мицелия и водоросли;
• микориза – симбиоз высшего растения и гриба;
• некоторые виды грибов являются обязательными компонентами системы пищеварения у жвачных.

В хозяйственной деятельности человека они нашли широкое применение:

• в качестве пищевого продукта;
• для ферментации пищевых продуктов;
• в производстве антибиотиков (первые антибиотики были выделены из плесневых грибов рода Пеницилл).

Кроме полезных свойств, грибы имеют и вредные для человека:

• вызывают заболевания сельскохозяйственных растений;
• плесневые – портят продукты, строения, одежду и аппаратуру;
• паразитируя на коже и ногтях, провоцируют развитие дерматомикозов;
• могут вызывать отравления при бесконтрольном сборе диких грибов.

Строение, жизнедеятельность, размножение

В настоящее время из царства грибов в отдельные царства протистов и хромистов вынесены грибоподобные организмы, так как использование современных технологий и методов геносистематики и молекулярной генетики позволило определить границы царства настоящих грибов. 

Отличительными их признаками являются:

• гетеротрофность;
• все грибы – эукариоты;
• способ питания – осмотрофный (всасывающий). Пищеварение – наружное. Мицелий выделяет во внешнюю среду ферменты, разлагающие крупные молекулы, а затем всасывает получившийся «бульон»;
• их телом является мицелий, обладающий неограниченным ростом, но рост осуществляется только на концах гиф в длину, без утолщения гифов. При этом мицелий полностью погружен в субстрат для удобства всасывающего питания;
• у большинства грибов спороносные органы выносятся вверх, выше верхней границы субстрата и образуют плодовые тела;
• для обеспечения возможности всасывания воды и растворенных в ней веществ, грибы поддерживают очень высокое внутриклеточное давление.

Являясь эукариотами, тем не менее, грибы сильно отличаются от других организмов на клеточном уровне:

• имеют очень мелкие размеры хромосом и примитивный геном, похожий на прокариотный;
• мицелий может не иметь перегородок между клетками или иметь очень большие поры, через которые протопласт (цитоплазма с органоидами) перетекает из одной в другую;
• деление клеток может происходить независимо от деления ядра, клетки часто многоядерны. Ядра также свободно перемещаются из клетки в клетку. Часто ядра, находящиеся в одной клетке, содержат разную генетическую информацию;
• имеют клеточную стенку из хитина;
• могут синтезировать незаменимую для животных аминокислоту лизин.

Размножаться грибы могут различными способами:

1. Вегетативно – кусочками мицелия, почкованием (дрожжи), частями мицелия, заключенными в своеобразные споры.

2. Бесполым размножением – спорами (в том числе шляпочные). Споры образуются на пластинках или в трубочках шляпки.

3. Половым – этот способ характерен для низших грибов. После слияния гаплоидных гамет, продуцированных специальными выростами – антеридиями (мужские или оогониями (женские) образуется зигота. Она покрывается толстой оболочкой и после периода покоя прорастает.

Лишайники

Представляют собой симбиотический организм из одноклеточных водорослей и или цианобактерий и грибного мицелия. При этом водоросль в процессе фотосинтеза производит органические вещества, которыми питается сама и снабжает ими грибной мицелий, гриб защищает клетку водоросли от вредных воздействий внешних факторов – солнечного света, высыхания и прочих.

Лишайники могут быть самых разных цветов, а по форме их подразделяют на три группы:

• Накипные. Они обитают на самых неблагоприятных поверхностях – бетонных и каменных поверхностях, пластике, резине, коре деревьев, грунте. Представляют собой тонкие, плотно прикрепленные к субстрату корочки.
• Листоватые. Имеют нижний плоский слой и листообразные выросты, поднимающиеся над поверхностью.
• Кустистые. Таллом представляет собой множественные полые внутри округлые трубочки. Они могут сплошным ковром устилать грунт, свисать с деревьев.

Лишайники характеризуются очень медленным ростом. Их роль в биоценозе – освоение новых бесплодных территорий. Физиологической особенностью также является высокая приспособляемость к неблагоприятным условиям – они могут десятки лет жить без воды, возобновляя метаболизм при получении влаги, выдерживать температуры от почти -50 до +87.

Размножаются лишайники различными способами:

• гриб может размножаться половым путем;
• наиболее интересен способ размножения кусочками таллома – лишайник образует мелкие, плохо прикрепленные к основному, участки таллома, представляющие собой клетки водорослей, оплетенные мицелием. При порыве ветра или любом другом механическом воздействии они отрываются.

В хозяйственной деятельности человека играют как положительную, так и отрицательную роли:

• могут употребляться в пищу человеком или сельхозживотными;
• служат природными индикаторами загрязнения среды;
• применяются в производстве медпрепаратов;
• содержат вещества, необходимые для парфюмерной промышленности;
• использовались для производства красителей;
• разрушают поверхности, выделяя различные химические вещества, в том числе крыши, бетонные конструкции, оболочки кабелей и прочие.

Для биоценозов они очень важны, так как способствуют заселению каменных пустошей, являются кормом для травоядных, укрытием для мелких организмов.

Разнообразие организмов: одноклеточные и многоклеточные; автотрофы, гетеротрофы, аэробы, анаэробы

Живые организмы подразделяются по различным параметрам строения, жизнедеятельности, метаболизма на разные группы. По чертам строения и особенностям жизнедеятельности – на самые крупные группы – Царства. В настоящее время насчитывается 7 Царств живых организмов.

Археи. Ранее назывались археобактериями, в 1977 годы выделены в отдельное царство. Некоторые черты сближают их с эукариотами, некоторые – с бактериями. Представляют собой простейшие организмы, в которых нет мембранных органелл. По способу питания – хемоавтотрофы. Среди них нет ни одного вида паразитов или патогенных форм, они бывают комменсалами и мутуалистами.

Отличительными чертами являются:

1. Наличие в мембранах клетки липидов с простой эфирной связью;

2. Не формируют спор;

3. Не синтезируют жирных кислот.

Клетки могут иметь необычную форму – например, быть плоскими и квадратными. Живут везде – в кишечнике теплокровных, горячих источниках, соленых озерах, океанах. Размножение бесполое.

Бактерии. Большинство является сапротрофами, однако известны автотрофные формы. Могут быть паразитами и симбионтами. Форма клеток различна – существуют палочки (бациллы), изогнутые (вибрионы), шарообразные (кокки). Могут иметь форму куба или тетраэдра. Многие имеют жгутики. 

Клетки мелкие, из органоидов в них найдены рибосомы, нуклеоид  и цитоплазматическая мембрана. Нуклеоид – немембранная структура, в которой располагается одна кольцеобразная молекула ДНК. Имеют клеточную стенку из муреина. 

Бактерии с более толстой клеточной стенкой называются грамположительными. У грамотрицательных стенка в 10 раз тоньше. Могут образовывать споры и цисты – формы покоя с замедленным метаболизмом, позволяющие пережить неблагоприятные условия. Полового размножения не имеют.

Протисты. К этому Царству относят организмы по остаточному принципу, которые сложно отнести определенно к какому-либо другому царству. Это грибоподобные организмы, некоторые из водорослей, простейшие. К ним относятся эвглена, фораминиферы, малярийный плазмодий, инфузории, трипаносомы. Одноклеточные и колониальные организмы, которые имеют очень много различных свойств, характерных для других царств, в неожиданных сочетаниях. Считается, что они относятся эволюционно к переходным формам. В настоящее время к ним отнесены и представители Царства Хромисты.

Растения. Общими для них признаками, отличающими от других Царств, являются:

1. Наличие целлюлозной клеточной стенки;

2. Особые органеллы – пластиды;

3. Образ жизни – прикрепленный;

4. Запасают крахмал;

5. Растут в течение всей жизни;

6. Регуляторную функцию выполняют фитогормоны.

Являются фототрофами и продуцентами, создавая органические вещества под действием света. Вступают в различные виды симбиотических отношений, некоторые виды, лишенные хлорофилла, являются гетеротрофными паразитами (заразиха, петров крест, раффлезия). Могут размножаться половым и бесполым способами.

Животные. Все виды являются гетеротрофами и консументами, подразделяясь на хищников, растительноядных, паразитов, всеядных. 

Отличительными признаками Царства являются:

1. Оогамия – половой процесс, при котором гаметы мужского и женского пола очень отличаются друг от друга размерами и формой.

2. Наличие тканей;

3. Наличие стадий бластулы и гаструлы в эмбриональном развитии;

4. Запасным веществом клеток является гликоген. Нет целлюлозной клеточной стенки. Обладают ограниченным ростом – до определенного размера. Имеется сложная структура внутриклеточных мембран, внешняя оболочка – гликокаликс.

Грибы. Являются гетеротрофами, в экологической пирамиде – сапротрофы. Тип питания – голофитный, то есть они не захватывают твердые частицы, всасывая растворенные вещества. Могут участвовать в различных видах экологических взаимоотношений – мутуализме, паразитизме. 

Отличительными особенностями Царства являются:

1. Геном по примитивности приближен к прокариотному;

2. Вегетативное тело – мицелий, обладает неограниченным ростом, неподвижно закреплено;

3. Размножение половое, спорами;

4. Имеют клеточную стенку из хитина;

5. Клетки многоядерные, возможно деление без разделения ядра, ядра могут перемещаться между клетками;

6. Могут, в отличие от животных, синтезировать лизин. 

Запасным веществом является гликоген.

Вирусы. Являются неклеточной формой жизни, представляют собой белковую капсулу со включенной в нее нитью ДНК или РНК. Облигатные паразиты, не способны к обмену веществ вне клетки-хозяина. Размножаются путем сбора из белковых молекул и нуклеиновой кислоты в инфицированной клетке. Геном может быть представлен кольцевой или линейной молекулой нуклеиновой кислоты.

Типы питания

По типам питания все живые организмы подразделяются на две группы:

• Автотрофные. К ним относятся фототрофы – зеленые растения, и хемотрофы – некоторые протисты, грибы и бактерии. Это организмы, являющиеся продуцентами, производящие органические вещества из неорганических. Они располагаются схематично на первой ступени экологической пирамиды.
• Гетеротрофные. Это – организмы, питающиеся органическими веществами, произведенными другими их видами. В экологической пирамиде занимаются все уровни, кроме нижнего, на котором расположены автотрофы. В свою очередь гетеротрофные организмы разделяются на консументов – потребителей и редуцентов, разлагающих органику до простых органических и неорганических веществ. При этом, растительноядные животные являются гетеротрофами первого уровня, хищники, поедающие растительноядных – гетеротрофами второго уровня, хищники питающиеся хищниками – третьего и так далее.

Поскольку при переходах энергии с одного уровня экологической пирамиды на другой теряется до 90% запасенной в химических связях вещества энергии, гетеротрофия четвертого порядка и выше встречается довольно редко. Консументами 4-го порядка являются, например, хищные птицы.

По отношению к кислороду живые организмы делятся на четыре большие группы:

• Облигатных аэробов – тех, кто не может жить без кислорода, так как невозможными становятся процессы клеточного дыхания. К ним относятся большинство животных и зеленые растения.
• Микроаэрофилов – это некоторые виды бактерий, которым для жизнедеятельности необходимо небольшое количество кислорода – около 2 %.
• Факультативных анаэробов – к ним относятся живые организмы, которые могут обходиться без кислорода, но способны переключиться на кислородное дыхание. Это маслянокислые и молочнокислые бактерии, дрожжи.
• Облигатных анаэробов – эти организмы гибнут в кислородной среде. К ним относятся хемосинтезирующие бактерии и археи.

Анаэробные бактерии играют важную роль в круговороте вещества, делая его доступным для других участников экологических систем. Биологически же, анаэробный способ получения энергии намного менее эффективен, чем кислородное дыхание. Так, например, при дыхании образуется из одной молекулы глюкозы 38 молекул АТФ, а при бескислородном ее сбраживании – 2 молекулы.

Клетка — генетическая единица живого. Хромосомы, их строение (форма и размеры) и функции

Базовой единицей жизни признана отдельная клетка. Именно на клеточном уровне происходят процессы, отличающие живую материю от неживой. В каждой из клеток хранится и интенсивно используется наследственная информация о химической структуре белков, которые должны синтезироваться в ней и поэтому она называется генетической единицей живого. Даже безъядерные эритроциты на начальных этапах своего существования обладают митохондриями и ядром. Только в зрелом состоянии они не имеют структур для синтеза белка.

На сегодняшний день науке неизвестны клетки, в которых бы не содержалась ДНК или РНК в качестве носителя геномной информации. При отсутствии генетического материала клетка не способна к синтезу белков, а следовательно – жизни.

ДНК имеется не только в ядрах, ее молекулы содержатся в хлоропластах и митохондриях, эти органоиды могут размножаться внутри клетки.

ДНК в клетке находится в виде хромосом – сложных белково-нуклеиновых комплексов. Хромосомы эукариот локализованы в ядре. Каждая из них представляет собой сложную структуру из:

• Единственной длинной молекулы ДНК, 2 метра которой упакованы в компактную структуру размером (у человека) до 8 мкм;
• Специальных белков-гистонов, чья роль сводится к упаковке хроматина (вещества хромосомы) в знакомую палочковидную форму;
• РНК.
  

Хромосомы, их строение (форма и размеры) и функции

Такая плотная упаковка генетического материала производится клеткой перед делением. Именно в этот момент можно рассмотреть в микроскоп (сам же микроскоп купить можно тут) плотно упакованные сформированные хромосомы. Когда ДНК свернута в компактные хромосомы, называемые гетерохроматином – синтез матричной РНК невозможен. В период набора клеткой массы и ее интерфазного развития хромосомы находятся в менее упакованном состоянии, которое названо интерхроматином и в нем синтезируется мРНК, происходит репликация ДНК.

Основными элементами структуры хромосом являются:

• Центромера. Это часть хромосомы с особой последовательностью нуклеотидов. Она соединяет между собой две хроматиды, участвует в конъюгации. Именно к ней прикрепляются белковые нити трубочек веретена деления клетки.
• Теломеры. Это концевые участки хромосом, которые не способны к соединению с другими хромосомами, они играют защитную роль. Состоят из повторяющихся участков специализированной ДНК, образующей комплексы с белками.
• Точки инициации репликации ДНК.

Хромосомы прокариот очень сильно отличаются от эукариотических, представляя собой расположенные в цитоплазме, ДНК-содержащие структуры. Геометрически они представляют собой кольцевую молекулу.

Хромосомный набор клетки имеет свое название – кариотип. Каждый из видов живых организмов имеет свои, характерные только для него состав, количество и форму хромосом.

Соматические клетки содержат диплоидный (двойной) хромосомный набор, от каждого из родителей получено по половине.

Хромосомы, отвечающие за кодирование одних и тех же функционально белков – называются гомологичными. Плоидность клеток может быть различной –  как правило, у животных гаметы гаплоидны. У растений полиплоидия в настоящее время довольно частое явление, использующееся при создании новых сортов в результате гибридизации. Нарушение количества плоидности у теплокровных и человека вызывает серьезные врожденные заболевания, такие как синдром Дауна (наличие трех копий 21-й хромосомы). Чаще всего хромосомные нарушения приводят к нежизнеспособности организма.

У человека полный хромосомный набор состоит из 23 пар. Наибольшее известное число хромосом – 1600, найдено у простейших планктонных организмов – радиолярий. Самый маленький хромосомный набор у австралийских черных муравьев-бульдогов – всего 1.

Жизненный цикл клетки. Фазы митоза и мейоза

Интерфаза, иначе говоря, отрезок времени между двумя делениями, определяется наукой как жизненный цикл клетки. 

В течение интерфазы в клетке совершаются жизненные химические процессы, она растет, развивается, накапливает запасные вещества. Подготовка к размножению предусматривает удвоение содержимого – органоидов, вакуолей с питательным содержимым, объема цитоплазмы. Именно благодаря делению, как способу быстрого увеличения количества клеток возможны продолжительная жизнь, размножение, увеличение размеров организма, его выживание при ранениях и регенерация тканей. В клеточном цикле выделяются следующие этапы:

• Интерфаза. Время между делениями. Сначала клетка растет, затем увеличивается число органоидов, объем запасного вещества, синтезируются белки. В последней части интерфазы хромосомы готовы к последующему делению – они состоят из пары сестринских хроматид.
• Митоз. Так называется один из способов деления ядра, характерный для телесных (соматических) клеток, в его ходе из одной получаются 2 клетки, с идентичным набором генетического материала.

Для гаметогенеза характерен мейоз. Прокариотические клетки сохранили древний способ размножения — прямое деление. 

Митоз состоит из 5 основных фаз:

• Профаза. Ее началом считается момент, когда хромосомы становятся столь плотно упакованными, что видны в микроскоп. Также, в этом время разрушаются ядрышки, образуется веретено деления. Активизируются микротрубочки, продолжительность их существования уменьшается до 15 секунд, но скорость образования вырастает тоже значительно. Центриоли расходятся к противоположным сторонам клетки, формируя огромное количество постоянно синтезирующихся и распадающихся белковых микротрубочек, которые протягиваются от них к центромерам хромосом. Так формируется веретено деления. Такие мембранные структуры как ЭПС и аппарат Гольджи распадаются на отдельные пузырьки и трубочки, беспорядочно расположенные в цитоплазме. Рибосомы отделяются от мембран ЭПС.
• Метафаза. Образуется метафазная пластинка, состоящая из хромосом, уравновешенных в середине клетки усилиями противоположных центриольных микротрубочек, тянущих их каждая в свою сторону. При этом продолжается синтез и распад микротрубочек, своеобразная их «переборка». Эта фаза самая длительная.
• Анафаза. Усилия микротрубочек отрывают соединения хромосом в области центромеры, и с силой растягивают их к полюсам клетки. При этом хромосомы из-за сопротивления цитоплазмы иногда принимают V-образную форму. В области метафазной пластинки появляется кольцо из белковых волокон.
• Телофаза. Ее началом считается момент, когда хромосомы достигают полюсов деления. Начинается процесс восстановления внутренних мембранных структур клетки – ЭПС, аппарата Гольджи, ядра. Хромосомы распаковываются. Собираются ядрышки, начинается синтез рибосом. Веретено деления распадается.
• Цитокинез. Последняя фаза, в которой появившееся в центральной области клетки белковое кольцо начинает сжиматься, расталкивая цитоплазму к полюсам. Происходит разделение клетки на две и образование на месте белкового кольца клеточной мембраны.

Регуляторами процесса митоза являются специфические белковые комплексы. Результатом митотического деления становится пара клеток, обладающих идентичной генетической информацией. В гетеротрофных клетках митоз протекает быстрее, чем в растительных. У гетеротрофов этот процесс может занимать от 30 минут, у растений – 2-3 часа.

Для генерации организмом клеток, имеющих половинное от нормального количество хромосом используется другой механизм деления – мейоз. 

Он связан с необходимостью производства половых клеток, у многоклеточных позволяет избежать постоянного увеличения в два раза количества хромосом в последующем поколении и дает возможность получения новых комбинаций аллельных генов. Он отличается количеством фаз, являясь более длительным. Происходящее при этом уменьшение количества хромосом приводит к образованию 4 гаплоидных клеток. Мейоз представляет собой два деления, следующих друг за другом без перерыва. 

Определены следующие фазы мейоза:

• Профаза I. Гомологичные хромосомы приближаются друг к другу и продольно объединяются. Такое объединение названо конъюгацией. Затем происходит кроссинговер – двойные хромосомы перекрещиваются своими плечами и обмениваются участками.
• Метафаза I. Хромосомы разъединяются и занимают места на экваторе клеточного веретена деления, принимая V-образную форму из-за натяжения микротрубочек.
• Анафаза I. Гомологичные хромосомы растягиваются микротрубочками к полюсам клетки. Но в отличие от митотического деления, они расходятся целыми, а не отдельными хроматидами.

Результатом первого деления мейоза становится образование двух клеток, имеющих половинное количество целых хромосом. Между делениями мейоза интерфаза практически отсутствует, удвоения хромосом не случается, они и так двуххроматидные.

Сразу следующее за первым повторное мейотическое деление полностью аналогично митозу – в нем хромосомы разделяются на отдельные хроматиды, распределяемые поровну между новыми клетками.

Результатом такого деления становятся 4 гаплоидных клетки. Причем, у всех них генетическая информация будет немного отличаться из-за рекомбинации во время кроссинговера.

Роль митоза и мейоза

Биологическая роль мейоза состоит в возможности создания новых генетических комбинаций. С его помощью происходит спорообразование и гаметогенез.

Гаметогенез – это способ генерации организмом половых клеток.

У низших растений мужские гаметы называются спермиями и генерируются в антеридиях. У цветковых это происходит в пыльцевых трубках.

Гаметы образуются из специализированных диплоидных клеток. Женские такие клетки называются оогонии, мужские – сперматогонии. Ход получения женских и мужских гамет существенно различается:

• оогонии проходят стадию митотического размножения на эмбриональном этапе развития, так что женский организм уже рождается с неизменным их количеством;
• сперматогонии способны к размножению в любой момент репродуктивного периода мужского организма. Генерируется их намного большее количество, чем женских гамет.

Гаметогенез животных организмов происходит в половых железах – гонадах.

Процесс превращения сперматогониев в сперматозоиды происходит в несколько этапов:

• Митотическое деление превращает сперматогонии в сперматоциты 1-го порядка.
• В результате однократного мейоза они превращаются в сперматоциты 2-го порядка.
• Второе мейотическое деление позволяет получить 4 гаплоидные сперматиды.
• Наступает период формирования. В клетке происходит уплотнение ядра, уменьшение количества цитоплазмы, формирование жгутика. Также, запасаются белки и увеличивается количество митохондрий.

Формирование яйцеклеток во взрослом женском организме происходит следующим образом:

• Из овоцита 1-го порядка, которых в организме находится определенное количество, в результате мейоза с уменьшением количества хромосом вдвое образуются ооциты 2-го порядка.
• В результате второго мейотического деления образуются: зрелая яйцеклетка и три мелких редукционных тельца.

Это неравновесное распределение питательных веществ между 4-мя клетками призвано обеспечить большой ресурс питательных веществ для нового живого организма.

Яйцеклетки у папоротников и мхов образуются в архегониях. У более высокоорганизованных растений – в специальных семяпочках, расположенных в завязи.

Генетическая информация в клетке

Генетическая информация – важнейший признак организма, определяющий все его качества – внешний вид, химическую структуру, жизненные циклы и приспособленность к среде обитания.

Единицей этой информации является ген – часть молекулы ДНК, в которой записана структура одного белка.

Каждый живой организм синтезирует собственные белки, которые управляют им, обеспечивают скорость химических реакций в клетках, защищают, переносят необходимые вещества. Жизнь недаром называется белковой формой существования материи.

Основными свойствами генетической информации являются:

• ее уникальность для каждого организма (кроме размножающихся бесполыми способами);
• возможность ее изменения путем мутаций и комбинирования геномов при половом размножении;
• возможность ее реализации путем синтеза белков.

Генетический код

Генетическая информация распространяется от ДНК к РНК и далее к синтезу белков, в настоящее время наука не знает примеров обратной передачи, кроме некоторых вирусов и раковых клеток.

На одной молекуле ДНК записана информация о сотнях тысяч белков. На сегодня наука оценивает количество наследственной информации человека в 30 тыс. генов. Каждый ген кодирует один белок. Информация на нити ДНК записана самой последовательностью нуклеотидов.

В синтезе белков используются 20 аминокислот, каждая из которых кодируется последовательностью из трех азотистых оснований нити ДНК, называемой триплетом. К 1965 году ученые расшифровали генетический код. Оказалось, что существует 61 триплет для кодировки аминокислот и 3 стоп-триплета, которые означают конец гена. Многим аминокислотам соответствует по нескольку триплетов.

Свойствами генетического кода являются:

• Непрерывность. Молекула ДНК является однородной, состоящей только из нуклеотидов на всей своей длине. Роль знаков препинания при переходе от одного гена к другому играют стоп-триплеты.
• Триплетность. Информационной единицей кода является порядок из трех нуклеотидов.
• Однозначность. Каждому кодону (триплету) соответствует конкретная аминокислота.
• Избыточность или вырожденность – одной аминокислоте соответствует несколько триплетов.
• Универсальность. Геном работает абсолютно одинаково у всех живых организмов.

Транскрипция и трансляция белка

Синтез белков – это сложный многоэтапный процесс, основными его этапами являются:

• транскрипция – считывание и копирование гена в структуру информационной РНК;
• трансляция – использование и-РНК в качестве матрицы, по которой собирается молекула белка.

Транскрипция происходит в ядре – фермент РНК-полимераза присоединяется к специальному участку ДНК, который называется «промотор» и начинает двигаться по нему. 

При этом двойная спираль расплетается перед полимеразой на расстояние примерно 18 нуклеотидов, а затем снова сплетается позади нее. Двигаясь вдоль цепочки ДНК, РНК-полимераза собирает по принципу комплементарности молекулу информационной или матричной РНК. Длина цепочки мРНК может достигать почти 2,5 млн нуклеотидов. Процесс транскрипции заканчивается, когда РНК-полимераза встречает участок цепи ДНК, названный «терминатором».

Когда молекула мРНК собрана, она подвергается «созреванию» – метилированию, удалению некодирующих белок участков молекулы (процесс назван сплайсингом). После этого зрелая мРНК выходит через поры ядра в цитоплазму и с помощью специальных белков транспортируется к рибосомам.

Рибосома – это нуклеопротеид, комплекс, содержащий рибосомную РНК в виде магниевой ее соли и белок. 

Матричная РНК присоединяется к рибосоме. Рибосома распознает последовательности нуклетидов по трое – считывает кодон, тут же выбирая подходящую аминокислоту из молекул, доставленных транспортной РНК. Рибосома двигается вдоль матричной РНК, подбирая и соединяя нужные молекулы и создавая таким образом цепочки аминокислот, которые являются первичной структурой белка.

Нуклеиновые кислоты являются важнейшей частью жизни. Их синтез различается в зависимости от типа НК.

ДНК синтезируется на начальном этапе деления клетки, когда двойная ее спираль раскручивается. Специальные белки удерживают ее нити в полностью или частично разведенном состоянии. В местах образования репликационной вилки активизируется специальный тип РНК-полимеразы, создающей начальные участки молекулы, которые потом передаются ДНК-полимеразе – ферменту, комплементарно дополняющему участки цепи ДНК. Этот фермент достраивает недостающую половину двойной молекулы, создавая вторую цепочку ДНК. В этом же время другая молекула фермента строит зеркально недостающую цепочку на второй из разведенных цепочек ДНК.

Разные виды РНК создаются РНК-полимеразами различных типов:

• матричная – в ядре, на участках молекулы ДНК;
• рибосомная – в ядрышке (которое является молекулярным комплексом из белков и рибонуклеопротеидов, находящимся на некоторых участках ДНК);
• транспортная  – в нуклеоплазме.

Все виды РНК синтезируются по матричному принципу на участках ДНК.

Обмен веществ и превращения энергии — свойства живых организмов

Обмен веществ (метаболизм) – это химические процессы, являющиеся жизнью.

Базовой основой процесса жизни является синтез собственных веществ из продуктов расщепления полученных. Рассматриваются две разновидности метаболитических процессов:

• пластический обмен – анаболизм или синтез, при котором происходит накопление потенциальной энергии в виде химических связей.
• энергетический обмен – катаболизм, представляющий собой разложение веществ, с выделением энергии при разрыве связей.

Обе группы взаимосвязаны. Для синтеза нужна энергия, ее организм получает посредством катализа (расщепления).

Получение энергии посредством катализа

Жизнь возможна за счет использования химической и световой энергии. Автотрофные растения синтезируют глюкозу с помощью солнечного света из воды и углекислого газа. Многие бактерии живут за счет хемосинтеза – процесса окисления неорганических веществ, используя серные, азотные, углеродные соединения. Грибы и животные получают энергию и материю для синтеза, потребляя созданные растениями сахара и другие органические соединения. Некоторые организмы могут иметь смешанные виды питания и являться миксотрофами – эвглена, росянка.

Очень важна роль ферментов – они ускоряют химические реакции до необходимых для поддержания жизнедеятельности скоростей, в сотни тысяч раз. Без них жизнь невозможна, из-за низких скоростей химических реакций. Ферменты имеют белковую структуру, каждый является катализатором одного вида реакций. Свойства ферментов определяются их структурой – в молекуле белка-фермента имеется активный центр, взаимодействующий с целевыми химическими веществами.

Уровень активности ферментов определяется различными параметрами:

• Температурой. С ее ростом активность повышается.
• Кислотностью среды. Для работы большей части ферментов необходима нейтральная среда, кислая — предпочтительна для пищеварения млекопитающих, щелочная — для ферментов секрета поджелудочной железы.
• Количеством субстрата.

Названия белков-ферментов оканчиваются на -аза.

Особенностью энергетического обмена, характерной для аэробных организмов является его поэтапное прохождение. Выделяется три этапа:

• Подготовительный. Это пищеварение, происходящее в пищеварительных вакуолях лизосом простейших, в ЖКТ у многоклеточных. Функционально – это процесс разложения макромолекул на мономеры.
• Гликолиз. Происходит в цитоплазме. Это бескислородное превращение глюкозы с ее окислением. Происходит несколько каскадных химических реакций. В их результате из глюкозы получается 2 молекулы пировиноградной кислоты (пирувата) и 2 молекулы АТФ. Частично выделяющаяся в ходе реакций энергия запасается обратно в АТФ, часть ее – в виде тепла рассеивается в пространство.
• Кислородный этап. Это — каскадный двуступенчатый процесс: цикл Кребса с последующим окислительным фосфорилированием (дыханием). Пируват на этом этапе превращается в углекислый газ и воду с образованием 34 молекул АТФ, а затем образованием еще 2 при дыхании. С химической точки зрения энергетический обмен выглядит как: С6Н12O6 + 6O2 = 6СO2 + 6Н2O + 38АТФ.

Другие виды получения энергии

Брожение. Один из основных способов получения энергии простейшими и некоторыми клетками высших животных. При этом, полученный из глюкозы пируват растительными клетками включается в спиртовое брожение, распадаясь на углекислый газ и спирт. У животных пируват вступает в молочнокислое брожение – он превращается в молочную кислоту. В условиях недостатка кислорода мышечные клетки прибегают к менее эффективному, но более быстрому способу синтеза АТФ. Излишки молочной кислоты, не успевающие включиться в метаболизм из-за недостатка кислорода вызывают боль в мышцах. Существуют еще такие виды брожения, как метановое (способ очистки сточных вод), маслянокислое, уксуснокислое.

Фотосинтез. Был доказан в 1630 г голландцем ван Гельмонтом, который обнаружил самостоятельное создание растениями питательных веществ. Изменение состава воздуха растениями доказано в 1771 г Д.Пристли. Сейчас наука рассматривает фотосинтез, как процессы синтеза клетками зеленых растений глюкозы из воды и углекислого газа под воздействием солнечного света.

Хлорофилл представляет собой сложную молекулу, состоящую из, примерно, десятка ароматических пятичленных колец, с магниевыми комплексами.

Достаточно изученная световая фаза фотосинтеза разделяется на несколько этапов:

• полученный извне фотон становится причиной возбуждения молекулы хлорофилла, ее электроны сдвигаются на более высокий уровень;
  электроны подхватываются ионизированным никотинамиддифосфатом, что приводит к его востановлению;
• происходит фотолиз воды — с разложением на ионизированный водород, 4 электрона, молекулу кислорода.

Эта первичная фаза происходит на складчатых образованиях внутреннего мембранного слоя — тилакоидах хлоропластов.Стопки мембран внутри пластиды называются граны.

Во время темновой фотосинтетической фазы между гранами внутри хлоропласта (в строме) производится синтез молекул углеводов, с использованием энергии АТФ никотиамиддифосфата, а также углекислого газа.

Хемосинтез. В условиях отсутствия питательных веществ и солнечного света обитают многие виды хемосинтезирующих бактерий:

• железобактерии – получают энергию, увеличивая степень окисления железа — от двух до трехвалентного.
• водородные – превращают в воду молекулярный водород.
• тионовые – живут за счет окисления тиосульфатов и других соединений серы, а также ее молекулярной формы до серной кислоты. Многие из них могут обитать в экстремально кислых средах, индифферентны к высоким концентрациям тяжелых металлов, выщелачивая их из руд.
• серобактерии – превращают сероводород в чистую серу и соли серной кислоты;
  нитрифицирующие – превращают аммиак в азотную и азотистую кислоты.

Хемосинтетики являются важным звеном круговорота веществ.

Строение клетки. Взаимосвязь строения и функций частей и органоидов клетки — основа её целостности

Клетка является сложной многокомпонентной открытой системой, что значит – она имеет постоянную связь с внешней средой путем обмена энергии и веществ.

Органоиды клеток

Плазматическая мембрана — это двойной слой из фосфолипидов, пронизанный молекулами протеинов. На наружном слое располагаются гликолипиды и гликопротеины. Проницаема избирательно для жидкостей. Функции — защитная, а также связь и взаимодействие клеток меж собой.

Ядро. Функционально – хранит ДНК. Ограничено двойной пористой мембраной, связанной через ЭПС с наружной мембраной клетки. Внутри ядра находится ядерный сок и располагаются хромосомы.

Цитоплазма. Представляет собой гелеобразное полужидкое внутреннее содержимое клетки. Функционально – обеспечивает связь органоидов между собой, является средой их существования.

Ядрышко. Это – собранные вместе части рибосом. Округлое, очень мелкое тело, расположенное в ядре. Функция – синтез рРНК.

Митохондрии. Двумембранный органоид. Внутренняя мембрана собрана в складки, называемые кристами, на них располагаются ферменты, участвующие в реакциях окислительного фосфорилирования, то есть синтеза АТФ, что и является основной функцией.

Рибосомы. Состоят из большей и меньшей субъединиц, не имеют мембран. Функционально – участвуют в сборке белковых молекул.

Эндоплазматический ретикулум (ЭПС). Одномембранная структура во всем объеме цитоплазмы, состоящая из полостей сложной геометрии. На гранулярной ЭПС расположены рибосомы, на гладкой – ферменты для синтеза жиров.

Аппарат Гольджи. Это уплощенные цистернообразные полости мембранной структуры. От них могут отделяться пузырьки с необходимыми для метаболизма веществами. Функции – накопление, преобразование, сортировка липидов и белков, образование лизосом.

Клеточный центр. Это область цитоплазмы, в которой содержатся центриоли – микротрубочки. Их функция – правильное распределение генетического материала при митозе, образование митотического веретена.

Лизосомы. Одномембранные пузырьки с ферментами, участвующие в переваривании макромолекул. Функционально – растворяют крупные молекулы, уничтожают старые структуры в клетке.

Клеточная стенка. Представляет собой плотную оболочку из целлюлозы, осуществляет скелетную функцию у растений.

Пластиды. Мембранные органоиды. Существует 3 вида – хлоропласты, где совершается фотосинтез, хромопласты, содержащие красящие вещества, и лейкопласты, являющиеся хранилищами крахмала.

Вакуоли. Пузырьки, которые в растительных клетках могут занимать до 90% объема клетки и содержать питательные вещества. У животных – вакуоли пищеварительные, сложной структуры, небольшого размера. Отвечают также за выделение ненужных веществ во внешнюю среду.

Микрофиламенты (микротрубочки). Белковые немембранные структуры, отвечающие за движение органоидов и цитоплазмы внутри клетки, появление жгутиков.

Компоненты клетки являются взаимосвязанными пространственно, химически и физически и находятся в постоянном взаимодействии между собой.