Основы биологии

эндоморфный;

эктоморфный;

мезоморфный.

Животные могут совершенствовать свои движения за счет информации, кроме того, они имеют возможность регулировать их. Животные должны различать объекты внешней среды, получать информацию при помощи органов чувств. Полученная информация подвергается переработке нервной и эндокринной системами. Многие типы поведения могут вызывать гормональные изменения.

Морфологические и физиологические признаки подвержены естественному отбору, поведение в свою очередь, зависит от этих признаков, а значит, зависит и от естественного отбора. Поведение передается по наследству, повышает приспособляемость, увеличивает продолжительность жизни, количество потомков. Различные поведенческие реакции позволяют использовать благоприятные условия среды, защищают организм от неблагоприятных условий. Например, у пчел поддержание чистоты в улье. За гигиеническое поведение отвечают как минимум 2 гена. Поддержание чистоты защищает пчел от болезней. Поведение ящерицы, отбрасывающей хвост, если это необходимо, - тоже приспособительная реакция. Другие типы поведенческих реакций наблюдаются при защите от хищников, при поиске пищи, партнера, защите потомства и многих других случаях. Некоторые насекомые выделяют особые химические вещества - феромоны для привлечения потомства. В брачный период лягушки квакают и их «песня» видоспецифична.

Поведенческие признаки обладают не только адаптивными свойствами, но могут также и наследоваться, что обусловливает естественный отбор. Не все типы поведения получаются при передаче с генами, они могут приобретаться - благоприобретенные. Резкую границу между теми и другими провести нельзя, т.к. гены и среда тесно взаимодействуют друг с другом, поэтому выделить отдельно генетические и благоприобретенные свойства нельзя.

Можно привести следующие примеры генетических свойств. Хорея Гентингтона - наследственное заболевание, «танец», поражает ЦНС, у больных также нарушена пространственная ориентация. Другой пример, дауны бывают благожелательными, ласковыми, подражают действиям здоровых людей

Итак, важные свойства поведенческих реакций:

- поведение подвержено действию естественного отбора;

- поведенческие признак возникают из анатомии, морфологии и физиологии животного неотделимы о них;

- формы поведения обычно адаптивны и часто могут передаваться либо генетически, либо в результате обучения;

- у многих биологических видов существуют определенные формы поведения.

Если организм не смог адаптироваться на поведенческом уровне, он делает это на биохимическом уровне. Биохимическая адаптация очень сложна, наиболее характерна для растений, т.к. животному проще мигрировать.

Процесс адаптации бывает по времени:

- эволюционная адаптация;

- акклиматизация;

- немедленная адаптация.

Эволюционная адаптация - длительный процесс, приобретение новой генетической информации, изменяется генотип, следовательно, изменяется и фенотип. Для своего завершения подобная адаптация требует многих поколений.

Акклиматизация - адаптации, которые происходят в процессе жизни в естественных условиях.

Акклимация - адаптации, происходящие в искусственных условиях.

Происходит в течение нескольких часов - лет (зима - лето). Смена часовых поясов, перевод времени.

Немедленная адаптация сопровождается почти мгновенной адаптивной реакцией (психогенное воздействие, переход из тепла в холод). Кратковременная реакция.

Любая адаптация возникает в результате взаимодействия генетических факторов и факторов внешней среды.

Генетический аспект гомеостаза рассматривают с 3 позиций:

- гомеостаз генотипа;

- гомеостаз организма как целого. Контроль за единством генотипа всего организма. Поддержание гомеостаза осуществляется при гибели видоизмененных клеток.

- гомеостаз популяции. Закон генетической стабильности в популяции.

В поддержании гомеостаза участвуют различные системы.

Нервная сигнализация - основной инструмент передачи и оценки сигналов из внутренней и внешней среды.

Гормоны принимают участие в регуляции гомеостаза. Регулируют обмен веществ, воды, белков, липидов, углеводов, энергии, электролитов. Контролируют работу всех органов, в том числе почек, печени, ЦНС.

Иммунная система защищает постоянство внутренней среды организма от факторов 2-х групп:

- микроорганизмов и экзогенных факторов с признаками чужеродной генетической информацией;

- соматических мутаций. Достаточно изменений в 1-2 генах, чтобы сработала иммунная система.

79.Проблемы трансплантации органов и тканей. Ауто-, алло- и ксенотрансплантация, трансплантация жизненно важных органов. Иммунитет. Тканевая несовместимость и пути ее преодоления. Искусственные органы.

Из-за бурного развития трансплантологии остро встал вопрос о трансплантационном иммунитете.

Трансплантология - медико-биологическая наука, изучающая вопросы заготовки, консервирования и пересадки органов и тканей.

Трансплантационный иммунитет - своеобразная реакция организма на трансплантацию, проявляющаяся в отторжении пересаженных органов и тканей.

Классификация терминов (Вена, 1967 год).

Трансплантат - пересаживаемая ткань или орган.

Реципиент - тот, кому пересаживается орган или ткань.

Донор - тот, от кого берут трансплантат.

Аутотрансплантация - пересадка тканей и органов в пределах одного организма (в таком случае говорят об аутотрансплантате)

Изотрансплантация (изотрансплантат) - пересадка тканей и органов между организмами, идентичными по генетическим признакам.

Аллотранспланация (аллотрансплантат) - пересадка тканей и органов между организмами одного биологического вида.

Ксенотрансплантация (ксенотрансплантат) - пересадка тканей и органов между организмами разных биологических видов.

Эксплантация (эксплантат) - пересадка небиологического материала.

Комбинированная пересадка (комбинированный трансплантат).

Остро стоят 2 проблемы: сохранение органов и тканей с их неизмененными свойствами. Другая проблема - преодоление трансплантационного иммунитета.

Разные методы консервации.

1) Охлаждение (недолговременное).

2) Замораживание.

3) Лиофилизации.

Заморозка может разорвать ткань, что приводит к гибели ткани. Но сперматозоиды способны жить. Состояние анабиоза некоторых животных. Кровь заменяют криопротекторами, после разморозки производят обратную замену. Метод лиофилизации - заморозка высушиванием в воздухе. Хранение замороженных людей. Существуют банки тканей, банки органов на научной основе.

2 проблема более сложна. Живые организмы многие миллионы лет были индивидуальными т.к. одни индивиды не смешивались с другими, поэтому преодолеть эту проблему весьма сложно, но паразиты не отторгаются организмом. В трансплантологии сначала считали, что отторжение происходит из-за различного макроскопического и микроскопического строения тканей. Однако теперь выяснилось, что реципиент и донор различаются набором специфических белков и антигенов. Аллогенные и ксеногенные органы и ткани, содержащие трансплантационные гены, в организме вызывают защитную реакцию - выработку антител. Защита направлена на уничтожение пересаженных органов и тканей у реципиента и состоит из нескольких сложнейших иммунно-биологических реакций. Человек ощущает эти процессы с 7 дня, максимум процесса достигается на 14-21 сутки.

Преодоление тканевой несовместимости - работа хирургов, иммунологов, физиологов и других специалистов. Целое медицинское направление - иммунодепрессивная терапия - направлено на решение этой проблемы. Используют химические, физические и биологические факторы воздействия на организм реципиента.

Физические методы - радиоактивное излучение, рентгеновские лучи.

Химические методы - введение препаратов, снижающих иммунитет. Они сильно влияют на жизненно важные органы.

Биологические методы - введение антитоксических сывороток, антибиотиков. Принцип действия - нейтрализация трансплантационных антител. Наиболее перспективный метод.

В настоящее время пересаживают практически все: и органы, и ткани.

История трансплантологии в России.

1933 - Ю.воронов - первая в мире пересадка почки.

1937 год - Демихов - первая в СССР пересадка сердца собаке.

1946 - Демихов - пересадил сердце и легкие собаке.

1948 - Демихов, Швековский - пересадка печени собаке.

1954 - Демихов пересадил вторую голову собаке.

1965 - Петровский - первая успешная пересадка почки.

1986 - Шумаков - первая в СССР пересадка сердца человеку.(1967 - Кристиан Бернард - ЮАР - успешная пересадка сердца человеку).

1990 - Ерамишанцев - первая в СССР пересадка печени человеку.

В Воронеже существует центр по пересадке почек. В клинике Шарите в Германии ежегодно делаются 60-100 операций по пересадке печени.

В 2005 году в Англии произведена успешная операция по пересадки печени от одного донора - ребенку и взрослому человеку.

Несмотря на заслуги, трансплантология ограничена законодательством, кроме того, многие органы являются «дефицитными».

80.Биологические ритмы. Хронобиология и хрономедицина.

Наука, изучающая биоритмы - биоритмология.

Биологический ритм - колебание ритма или скорости какого-либо биологического процесса, наступающее примерно через равные промежутки времени. Биологические ритмы присущи всем живым организмам.

С точки зрения взаимодействия организма и среды выделяют:

- адаптивные ритмы (экологические).Колебания с периодами, близкими основным геофизическим ритмам. (лунные, годовые, сезонные, приливно-отливные ритмы).

- физиологические (рабочие) ритмы.

Колебания, отражающие деятельности рабочих систем органов организма.

Классификация биоритмов.

1. Ритмы высокой частоты.

Колебания совершаются с периодом от долей секунды до 30 минут. Ритмы ЭКГ, сокращения сердца, дыхания, перистальтики ЖКТ.

2. Ритмы средней частоты.

От 30 минут до 28 часов.

· ультрадианные -до 20 часов. (чередование быстрого и медленного сна.Оральное поведение.)

· циркадные 20-28 часов. Это видоизмененные суточные ритмы. Они врожденные, эндогенные, обусловленные свойствами организма и его генотипа. Обнаружены у всех организмов. (кровяное давление, пульс, изменение температуры тела)

3. Мезоритмы.

· инфрадианные -28 часов-6 суток. (рост бороды, сокращения сердца)

· циркасептальные -около 7 суток.( комары откладывают яйца через 7 дней, активность гормонов эпифиза, смертность от неинфекционных заболеваний, отторжение и приживание трансплантата.)

4.Макроритмы

20 дней - год

5. Мегаритмы.

Периоды в десятки лет.

Из всего разнообразия ритмических процессов основное внимание сосредоточено на суточных и сезонных ритмах. Суточная и сезонная ритмичность происходит на всех уровнях биологических реакций. Ритмы служат 2-м целям: приспособление организмов к ожидаемым условиям среды, составление уникальной системы времени, интеграция всех ритмов воедино.

Понятие цикла подразумевает периодичность процесса. Время между одинаковыми состояниями соседних ритмов - период Т. Число циклов в единицу времени - частота. Величина, которая соответствует среднему значению полезного сигнала - мезер. Наибольшее отклонение от мезера - амплитуда. Момент времени, когда регистрируется конкретная величина - фаза. Момент наибольшего поднятия - акрофаза, момент наименьшего поднятия - батифаза.

Заболевания, связанные с нарушениями биологических ритмов - десинхронозы.

Могут быть явные и скрытые.

Явный десинхроноз отличается присутствием упадка сил, быстрой утомляемостью, учащением пульса, артериального давления, дыхания.

Скрытый десинхроноз приводит к дискомфорту, нарушениям сна и аппетита. Это предболезненноле состояние.

тотальный десинхроноз. При этом происходят общие изменения всех систем органов.

частичный десинхроноз, в этом случае имеют место сбои отдельных органов и их функций.

Хронический десинхроноз происходит из-за частого отступления от привычного режима жизни.

Острый - возникает из-за сильного, грубого нарушения режима труда и отдыха, сна, питания. Самый резкий наблюдается у детей и стариков.

Ритмичность первоначально возникает в результате периодического воздействия окружающей среды, затем закрепляются генетически.

Из биоритмологии выделились:

- хронобиология;

- хронопатология;

- хронодиагностика;

- хронотерапия;

- хронофармакология (прием препаратов в определенное время);

- хроногигиена (соблюдение режима труда отдыха).

Хронобиология- раздел биологии, изучающий биологические ритмы, протекание различных биологических процессов (преимущественно циклических) во времени.

Хрономедицина - использование закономерностей биоритмов для улучшения профилактики ,диагностики и лечения болезней человека.

81.Биологическая эволюция. Современные теории эволюции.

Принципы эволюции (по Ламарку)

В основе биологической эволюции лежат процессы самовоспроизведения макромолекул и организмов.

Биологическая эволюция - необратимое и направленное историческое развитие живой природы, она сопровождается:

- изменением генетического состава популяции;

- формированием адаптаций;

- образованием и вымиранием видов;

- преобразованием экосистем и биосферы в целом.

Принципы эволюции (по Ламарку)

1. Существование у организмов внутреннего стремления к самосовершенствованию.

2. Способность у организмов приспосабливаться к обстоятельствам, т.е. внешней среде.

3. Частые акты самозарождения.

4. Передача по наследству приобретенных признаков и черт.

Ламарк не смог доказать свою теорию, кроме того отсутствовали эмпирические факты, подтверждающие его точку зрения.

К.Рувье развивал концепцию о возникновении органического мира из неорганического

Бекетов в 1854 году проводил исследование изменений у растений.

24 ноября 1859 года была полностью издана работа Дарвина «Происхождение видов

путем естественного отбора».

Постулаты теории Дарвина.

1. Окружающий мир не статичен, а постоянно развивается. Виды непрерывно изменяются, одни виды возникают, другие вымирают.

2. Эволюционный процесс происходит постепенно и непрерывно. Эволюционный процесс - это не совокупность отдельных скачков или внезапных изменений.

3. Сходные организмы происходят от общего предка и связаны узами родства.

4. Теория естественного отбора.

Все теории можно разделить на 4 группы:

· монистические;

· синтетические;

· теория прерывистого равновесия;

· теория нейтральных мутаций.

Монистические теории объясняют эволюционные изменения действием одного фактора.

- эктогенетические - изменения вызываются непосредственно средой.

- эндогенетические - изменения контролируются внутренними силами, истинный ламаркизм.

- случайные события («случайности») - спонтанные мутации, рекомбинации.

- естественный отбор.

Концепция прерывистого равновесия. В эволюции чередуются периоды стабильности видов с короткими периодами бурного видообразования. Появление внезапных мутаций связано с регуляторными генами.

Теория нейтральных мутаций. Авторы - Кинг, Кимура - 1970г.

Основным фактором на молекулярном уровне является не естественный отбор, а случайности, которые приводят к закреплению нейтральных или почти нейтральных мутаций.

Синтетические теории объясняют эволюционные изменения действием многих факторов.

Синтетическая теория эволюции.

1. Наименьшей единицей эволюции является местная популяция.

2. Основным фактором эволюции является естественный отбор.

3. Эволюция носит дивергентный характер (конвергентная, параллельная).

4. Эволюция носит постепенный поэтапный характер (иногда скачкообразный).

5. Обмен аллелями и поток генов происходит только в пределах одного биологического вида.

6. Макроэволюция идет путем микроэволюции.

7. Вид состоит из множества соподчиненных единиц.

8. Понятие вида неприемлемо к формам, не имеющим полового размножения.

9. Эволюция осуществляется на основе изменчивости (т.н. тихогенез).

10. Таксон имеет монофилитические возможности (происходит от одного предка).

11. Эволюция непредсказуема.

82.Понятие о биологическом виде. Концепции вида. Реальность биологического вида. Структура и критерии вида. Вид как генетически изолированная система.

Вид - группа морфологически сходных организмов, имеющих общее происхождение и потенциально способных к скрещиванию между собой в естественных условиях.

Биологический вид можно считать самой большой популяционной единицей. Биологический вид в природе - явление уникальное.

Завацкий - «Общие признаки биологического вида».

1) численность;

2) тип организации/определенный набор хромосом;

3) воспроизведение (в процессе размножения вид сохраняет себя);

4) дискретность (вид существует и эволюционирует как обособленное образование);

5) экологическая определенность. Вид приспособлен к определенным условиям, там он и конкурентоспособен;

6) географическая определенность/ареал вида;

7) многообразие форм - внутренняя структура вида - популяции;

8) историчность. Вид - система, способная эволюционно развиваться;

9) устойчивость;

10) целостность. Вид - племенная общность, объединенная определенными адаптациями и внутривидовыми отношениями.

Вопрос о том, что же такое биологический вид, не решен. Основные концепции:

- философско-логическая концепция;

- биологическая концепция;

- морфологическая концепция.

По философско-логической концепции, вид - категория мышления. Общие свойства характерны для всех представителей.

Морфологический критерий - приложение философско-логической концепции к живым организмам. Виды определяются строго по наличию у популяции определенных признаков ( Линней, большинство естествоиспытателей и таксономистов XVIII - XIX вв.).

Биологическая концепция основана на том, что все виды состоят из популяций. Особи потенциально способны к скрещиванию между собой, виды существуют реально, особи имеют общую генетическую программу, сложившуюся в процессе эволюции. Это репродуктивное сообщество, экологическая единица, генетическая единица. Вид обладает генетической замкнутостью и репродуктивной изолированностью. В генетической структуре отражена сущность вида. Для вида характерно генетическое разнообразие.

Видовая принадлежность определяется критериями:

Морфологический,физиологобиохимический ,цитогенетический, этологический, экологический.и др.

Наиболее важные признаки вида - его генетическая (репродуктивная) изоляция, заключающаяся в нескрещиваемости особей данного вида с представителями других видов, а также генетическая устойчивость в природных условиях, приводящая к независимости эволюционной судьбы.

83.Популяция - элементарная единица вида. Основные характеристики популяции. Генетическая структура популяции. Закон Харди-Вайнберга: содержательное и математическое выражение.

Популяция - группа особей одного вида, достаточно долго населяющих определенную территорию, свободно скрещивающихся между собой в естественных условиях и дающих плодовитое потомство.

Величина популяции нестабильна. Реальные популяции различны по форме и числу особей.

Структура популяции.

- пространственная конфигурация;

- система размножения;

- скорость миграции.

В зависимости от пространственной конфигурации выделяют:

- большие непрерывные популяции (десятки и сотни километров).

- мелкие колониальные популяции (соответствуют островному типу).

В системе размножения большие диапазоны значений.

- аутогамные популяции - размножаются путем самооплодотворения.

- аллогамные популяции - размножаются путем перекрестного оплодотворения.

В аутогамных - преобладают гомозиготные организмы, доля гетерозигот мала.

Аллогамные популяции характерны для всех животных и некоторых растений. Состав аллелей определяется мутациями и, в большинстве своем, рекомбинациями генов. Т.к. потомство происходит благодаря скрещиванию, доля гетерозигот велика. Числа генотипов достигают значений, характерных для закона Харди - Вайнберга. Пока факторы эволюции не подействуют, соотношения сохраняются. Факторы микроэволюции вызывают хромосомные аберрации, мутации и другие изменения - это основной фактор эволюции.

Признаки популяции.

1. Популяция - свободно скрещивающаяся группа.

2. Панмиксная группа представляет собой репродуктивную единицу.

3. Популяция представляет собой экологическую единицу. Особи генетически сходны по экологическим требованиям.

З-н Харди Вайнберга « в популяции из бесконечно большого числа свободно скрещивающихся особей в отсутствии мутаций , избирательной миграции организмов с различными генотипами и давления естественного отбора первоначальные частоты аллелей сохраняются из поколения в поколение»

Если частота встречаемости аллеля А=р, а частота встречаемости а=q ,то при условии наличия в генофонде популяции только этих двух аллелей гена, сумму их частот можно принять за 1. (p+q=1).

Если срвркупность сперматозоидов с различными аллелями выразить биномом (рА +qa) то и совокупность яйцеклеток также будет выражаться как (рА +qa). Тгда состав популяции при свободном скрещивании будет соответствовать :

(рА +qa)х(рА +qa)=1

Причем такое сочетание генотипов будет сохраняться при определённых условия из поколении в поколение т.е популяция будет находиться в состоянии генетического равновесия. Следовательно , состав популяции можно выразить общей формулой:

- для двух аллелей -для локусов со множественными аллелями.

84.Элементарные эволюционные факторы. Мутационный процесс, популяционные волны, изоляция,поток генов,генетико-автоматические процессы (дрейф генов), естественный отбор.взаимодействия элементарных эволюционных факторов.

Естественный отбор слагается из разных процессов:

- движущий (направленный, прогрессивный) отбор - установлен Ч.Дарвином.

- стабилизирующий.

- дизруптивный (разрывающий) Мауер.

Движущий отбор - направленный отбор ,который проявляется в сдвиге средних значений отбираемых признаков в сторону их усиления или ослабления.

Стабилизирующий отбор - отбор, возникающий, когда среда не меняется, популяция же хорошо адаптирована, элиминируются крайний формы, численность растет.

Дизруптивный отбор - отбор, при котором происходит элиминирование средних форм, а сохраняются крайние варианты. Генетический полиморфизм. Чем полиморфнее популяция, тем легче идет процесс видообразования.

Мутационный процесс,происходит постоянно на протяжении всего периода существования жизни,а отдельные мутации возникают многократно у разных организмов. Генофонды популяции испытывают непрерывное давление мутационного процесса.Это обеспечивает накопление мутаций. Благодаря мутационному процессу поддерживается высокий уровень наследственного разнообразия природных популяций. Совокупность аллелей, возникающих в результате мутации составляет исходный элементарный эволюционный материал. Хотя отдельная мутация -событие редкое, общее число мутаций значительное. Большинство мутаций первоначально оказывает на фенотип особей неблагоприятное действие. В силу рецессивности мутантные аллели обычно присутствуют в генофондах популяций в гетерозиготном состоянии. Благодаря этому достигается тройственный положительный результат:

· Исключается непосредственное отрицательное влияние мутантного аллеля на фенотипическое выражение признака, контролируемого данным геном

· Сохраняются нейтральные мутации, не имеющие приспособительные ценности в настоящих условиях существования ,но которые смогут приобрести такую ценность в будущем

· Накапливаются некоторые неблагоприятные мутации,которые в гетерозиготном состоянии нередко повышают относительную жизнеспос-ть организмов (эффект гетерозиса).

Таким образом создается резерв наследственной изменчивости популяции.

Популяционные волны или волны жизни- колебания численности организмов в природных популяциях.

Причины колебаний :размеры популяции «жертвы» растут при снижении давления на них со стороны популяции «хищника». Вспышки численности организмов некоторых видов были обусловлены деятельностью человека. Это относится к популяциям кроликов в Австралии. Напротив, численность популяций домовых воробьёв в городе падает вследствие прекращения широкого использования лошадей. При росте численности организмов наблюдается слияние ранее разобщенных популяций и объединение их генофондов при спаде численности наблюдается распад крупных популяций. В условиях массовой гибели организмов редкие мутантные аллели могут быть генофондом потеряны.

Изоляция - ограничение свободы скрещиваний (панмиксий) организмов.

1. Географическая-пространственное разобщение популяций благодаря особенностям ландшафта в пределах ареала вида.(на Гавайских о-вах популяции наземных улиток занимают долины разделенные невысокими гребнями)

2. Биологическая:

· Экологическая- особенности окраски покровов или состава пищи, размножение в разные сезоны, у паразитов- использование в качестве хозяина организмов разных видов

· Этологическая (поведенческая ) - особенность ритуала ухаживания, окраски,запахов,пение самок и самцов из разных попляций.

· Физическая(механическая) - различи в структуе органов размножения или просто разница в размерах тела.

3. Генетическая (репродуктивная) - несовместимость гамет , гибель зигот после оплодотворения, стирильность или малая жизнеспособность гибридов.

Дрейф генов- Это случайные изменения генотипов и частот аллелей при переходе из одного поколения в другое поколение, который характерен для малой популяции. Выполнение закона Харди - Вайнберга возможно только в идеальных популяциях. В малых популяциях есть отклонения от этого распределения.

85.Естественный отбор. Формы естественного отбора. Творческая роль естественного отбора в эволюции

Естественный отбор слагается из разных процессов:

- движущий (направленный, прогрессивный) отбор - установлен Ч.Дарвином.

- стабилизирующий.

- дизруптивный (разрывающий) Мауер.

Движущий отбор - направленный отбор, при котором популяция изменяется вместе со средой обитания. Возникает при постепенном изменении популяции вместе со средой.

Стабилизирующий отбор - отбор, возникающий, когда среда не меняется, популяция же хорошо адаптирована, элиминируются крайний формы, численность растет.

Дизруптивный отбор - отбор, при котором происходит элиминирование средних форм, а сохраняются крайние варианты. Генетический полиморфизм. Чем полиморфнее популяция, тем легче идет процесс видообразования.

В эволюции естественному отбору принадлежит творческая роль.Исключая из размножения генотипы с малой приспособительной ценностью, сохраняя благоприятные генные комбинации разного масштаба, он преобразует картину генотипической изменчивости складывающуюся первоначально под действием случайных факторов в биологически- целесообразном направлении.Результатом творческой роли отбора является процесс органической эволюции, идущей в целом по линии прогрессивного усложнения морфофизиологической организации (арогенез), а в отдельных ветвях- пути специализации (аллогенез).

86. Популяционная структура человечества. Дем. Изолят. Близкородственные и ассортативные браки. Особенности генофондов изолятов, их отличия от генофондов больших по размерам популяций людей.

Популяция человека - группа людей, занимающих одну территорию и свободно вступающих в брак.

Демографическая структура.

- размер;

- рождаемость;

- смертность;

- возрастная структура популяции;

- род занятий;

- экономическое состояние;

- географические и климатические условия - генетическая структура популяции;

- система браков;

- факторы, изменяющие частоты генов;

- частоты генов и генотипов;

- коэффициент инбридинга.

1,5-4 тысячи - дем («народ»)1-2% лиц из других популяций; 80-90% внутригрупповых браков; 20% - прирост населения за 25 лет;

Менее 1,5 тысяч - изолят. 1% лиц, пришедших из других популяций; 90% внутригрупповых браков; 20% - прирост населения за 25 лет.

Если изолят существует более 100 лет, то все члены изолята - троюродные братья и сестры.

Выделяют 3 группы изолятов:

1) религиозные изоляты (распространены были в Средние века и Новое время), секты;

2) палеолитические изоляты - существуют на островах, в Сибири;

3) географические изоляты. Отделены от других селений различными преградами (водными, лесными и другими).

Ассортативные браки(избирательные браки) -при которых выбор брачного партнера по одному или нескольким признакам не случаен. Они ведут к изменению частоты некоторых генов в популяции ,что может привести либо к ухудшению либо к улучшению жизнеспособности данной популяции в зависимости от направления предпочтений.

Близкородственные браки - увеличивают появление мутаций, потому что дефектная копия отцовского (или материнского ) гена с вероятностью 25% достанется его сыну и его дочери. Если они заведут ребёнка то с вероятностью 25%х25% он получит две дефектные копии.

87.Особенности действия элементарных эволюционных факторов в человеческих популяциях. Мутационный процесс и генетическая комбинаторика, волны численности, миграция населения, смешанные браки, гибридные популяции как поток генов, изоляция (территориальная и социальная), дрейф генов, естественный отбор.

Мутационный процесс. Каждый мутантный аллель впервые появляется очень редко. Если он нейтрален - происходит элиминирование. Если полезен - накапливается в популяции.

Факторы эволюции.

1. Мутационный процесс.

2. Поток генов.

3. Дрейф генов.

4. Естественный отбор.

5. Популяционные волны.

6. Изоляция.

Мутационный процесс. Каждый мутантный аллель впервые появляется очень редко. Если он нейтрален - происходит элиминирование. Если полезен - накапливается в популяции.

Спонтанный мутагенез формируется под действием таких постоянных факторов, как УФ и иные виды излучения,t, определенная химическая среда. В настоящее время давление мутационного процесса на генофонд усиливается благодаря росту индуцированных мутаций.Их причиной служат факторы , возникающие в связи с производственной деятельностью человека.Мутагенные факторы индуцируют мутации как в половых, так и соматических клетка. В результате: злокачественные опухоли, различные виды раковых заболеваний и др.

Поток генов. Новый ген может проявиться только в результате мутации, но популяция может его получить при иммиграции носителя данного гена из другой популяции. Поток генов - перенос генов из одной популяции в другую. Поток генов можно считать запаздывающим эффектом эволюционного процесса. Носители потока генов различны

Популяционные волны. Это изменение численности населения. Моменты увеличения численности людей совпадает с важнейшими достижениями- развитие земледелия,начало индустриализации, НТР. Следствием увеличения темпа прироста является изменение плотности населения, а причиной может являться миграция.

Причиной понижения численности являются: эпидемии, опасные инфекции и др.

Изоляция. Природа изоляционных барьеров между популяциями людей разнообразна :географическая, культурная, религиозная и др. Длительное проживание в состоянии изоляции приводит антропологическим особенностям: своеобразный рельеф ушной раковины бушменов и др.

Дрейф генов. Это случайные изменения генотипов и частот аллелей при переходе из одного поколения в другое поколение, который характерен для малой популяции. Выполнение закона Харди - Вайнберга возможно только в идеальных популяциях. В малых популяциях есть отклонения от этого распределения.

Примером действия генов в человеческой популяции служит эффект родоначальника.Он возникает, когда несколько семей порывают с родительской популяцией и создают новую на другой территории. Такая популяция обычно поддерживает высокий уровень брачной изоляции. Это способствует случайному закреплению в ее генофонде одних аллелей и утрате других. Для такой популяции характерно много неблагоприятных мутаций, но возможно образование и благоприятных комбинаций аллелей. Среди членов семей, основавших популяцию есть носитель рецессивного мутантного аллеля- «родоначальник» соответствующего фенотипа .

Естественный отбор формирует генотипы организмов, таким образом, что фенотип оказывается приспособлен к окружающей среде. Гены, дающие преимущество, распространяются в популяции благодаря естественному отбору и становятся обычными. В человеческой популяции появляются люди, имеющие преимущества, т.к. у них есть новый ген. Трудность выявления из-за большой продолжительности жизни человека и медленной репродукции. Тяжело обнаружить ген, хотя частота генов изменяется, (люди становятся выше, меняется форма неба, форма головы), однако, такие изменения обычно протекают из-за изменений в нескольких генах.

Естественный отбор в человеческой популяции существует и он очень значителен. 10-15% беременностей заканчиваются спонтанным абортом в возрасте 2-6 месяцев.

Факторы, повышающие изменчивость:

- мутационный процесс;

- рекомбинации;

- поток генов.

Не влияют на изменчивость:

- отбор;

- дрейф генов.

Дубинин: « Смешение рас и гибридизация - гигантский генетический процесс, который идет в популяциях человека, и направлен на создание единого внутренне многообразного человечества».

88. Отбор в пользу и против гетерозигот. Примеры.

Отбор против гетерозигот хорошо виден на примере резус-отрицательных людях. Если резус-фактор матери отрицателен, а отца положителен - происходит эритробластоз плода. Гетерозиготы плохо приспособлены. В популяции происходит гомозиготизация населения. В популяции существует естественный отбор и в пользу гетерозигот. Например, существуют несколько видов гемоглобина. Hb A, Hb S. Они дадут 3 генотипа:

Hb A Hb A

Hb A Hb S

Hb S Hb S - серповидно-клеточная анемия.

В результате точковой мутации гемоглобин теряет растворимость, эритроцит приобретает форму серпа, развивается анемия и весьма вероятен летальный исход (большинство людей не доживают до половой зрелости). Однако в некоторых районах неблагоприятных по малярии было замечено, что гетерозиготы не болеют этим заболеванием и не умирают от нее. В нормальных условиях более приспособлены Hb A Hb A, на равнинах наблюдается гипоксия людей с Hb A Hb S. В неблагоприятных условиях приспособительная способность Hb A Hb A менее 1.

89.Генетический груз и его эволюционное значение

Вывод: беречь окружающую среду.

Генетический груз - часть наследственной изменчивости популяции, определяющая появление менее приспособленных особей, подвергающихся избирательной гибели в результате естественного отбора.

Существует 3 типа генетического груза.

1. Мутационный.

2. Сегрегационный.

3. Субституционный.

Каждый тип генетического груза коррелирует с определенным типом естественного отбора.

Мутационный генетический груз - побочное действие мутационного процесса. Стабилизирующий естественный отбор удаляет вредные мутации из популяции.

Сегрегационный генетический груз - характерен для популяций, использующих преимущество гетерозигот. Удаляются хуже приспособленные гомозиготные особи. Если обе гомозиготы летальны - половина потомков погибает.

Субституционный генетический груз - происходит замена старого аллеля новым. Соответствует движущей форме естественного отбора и переходному полиморфизму.

Впервые генетический груз в популяции человека был определен в 1956г в Северном полушарии и составил 4%. Т.е. 4% детей рождались с наследственной патологией. За последующие годы было введено более миллиона соединений в биосферу (более 6000 ежегодно). Ежедневно - 63000 химических соединений. Растет влияние источников радиоактивного излучения. Структура ДНК нарушается.

Генетическая гибель- гибель организмов, обусловленная естественны отбором, она уменьшает репродуктивный потенциал популяции.

90.Генетический полиморфизм: классификация. Адаптивный потенциал популяции человека

Полиморфизм - существование в единой панмиксной популяции двух и более резко различающихся фенотипов.

Полиморфизм бывает:

- генный;

- хромосомный;

- переходный;

- сбалансированный.

Генетический полиморфизм наблюдается, когда ген представлен более чем одним аллелем. Пример - системы групп крови.

3 аллеля -А, В, О.

Размещено на http://www.allbest.ru/

JЄJЄ, JЄJ° - А

JЄJв, Jв J° - В

JЄJв - АВ

J° J° - О

Генетический полиморфизм широко распространен и лежит в основе наследственной предрасположенности к заболеваниям. Однако болезни наследственных предрасположений проявляются лишь при взаимодействии генов и среды. Условия среды - недостаток или избыток питательных веществ, наличие психогенных факторов, токсических веществ и др.

Генетический полиморфизм создает все условия для протекающей эволюции. При появлении нового фактора в среде популяция способна адаптироваться к новым условиям. Например, устойчивость насекомых к различным видам инсектицидов.

Хромосомный полиморфизм - между особями имеются различия по отдельным хромосомам. Это результат хромосомных аббераций. Есть различия в гетерохроматиновых участках. Если изменения не имеют патологических последствий - хромосомный полиморфизм, характер мутаций - нейтрален.

Переходный полиморфизм - замещение в популяции одного старого аллеля новым, который более полезен в данных условиях. У человека есть ген гаптоглобина - Нр1f, Hp 2fs. Старый аллель - Нр1f, новый - Нр2fs. Нр образует комплекс с гемоглобином и обусловливает слипание эритроцитов в острую фазу заболеваний.

Сбалансированный полиморфизм - возникает, когда ни один из генотипов преимущества не получает, а естественный отбор благоприятствует разнообразию.

Широкий полиморфизм помогает популяции приспосабливаться к условиям среды. У здоровых людей нет противоречия между средой и генотипом, если возникает это противоречие - проявляются болезни наследственного предрасположения.

Есть моногенные и полигенные болезни.

· Моногенные болезни наследственного предрасположения - наследственные заболевания, проявляющиеся из-за мутации одного гена или проявляющиеся при действии определенного фактора среды (аутосомно-рецессивные или сцепленные с Х-хромосомой).

Проявляются при воздействии факторов:

- физических;

- химических;

- пищевых;

- загрязнения среды.

Пигментная ксеродерма - веснушчатая кожа особого типа.

Дети не переносят УФ-свет возникают злокачественные опухоли, такие дети умирают от метастаз еще до 15 лет. Не переносят также и гамма-лучей.

· Полигенные болезни наследственного происхождения - такие болезни, которые возникают при действии многих факторов (мультифакториальные) и в результате взаимодействия многих генов.

Установить диагноз в таком случае очень сложно, т.к. действует много факторов, и появляется новое качество при взаимодействии факторов.

Билет 91.

Генетический полиморфизм человечества: масштабы, факторы формирования. Значение генетического разнообразия в прошлом, настоящем и будущем человечества (медико-биологический и социальный аспекты).

Генетический полиморфизм (наследственное разнообразие) - это сохранение в генофонде популяции различных аллелей одного и того же гена в концентрации, превышающей по наиболее редкой форме 1%. Это разнообразие поддерживается отбором, но создается мутационным процессом. Естественный отбор в этом случае может иметь два механизма: отбор против гомозигот в пользу гетерозигот и отбор против гетерозигот в пользу гомозигот.

В первом случае отбором сохраняются гетерозиготные генотипы популяции и устраняются доминантные и рецессивные гомозиготы. Во втором случае накапливаются в генофонде гомозиготные генотипы и происходит устранение гетерозигот. При действии первого механизма возникает балансированный полиморфизм, при действии второго - адаптационный.

Адаптационный полиморфизм возникает в том случае, когда в различных, но закономерно изменяющихся условиях среды отбор благоприятствует разным генотипам. В человеческих пуляциях это более редкая форма полиморфизма. Наиболее часто проявляется балансированный полиморфизм. Он очень распространен в человеческих популяциях, усиливает гетерозиготизацию, а значит, устойчивость организмов к воздействию факторов среды. Сред-няя степень гетерозиготности в человеческих популяциях составляет 6,7%. Генетическое разнообразие в популяциях человека приводит к фенотипическому разнообразию. Наиболее значительно оно по белковому составу, например по ферментам в генетической системе человека 30% локусов имеют разнообразные гены. У человека имеется около ста полиморфных систем. Значение балансированного полиморфизма заключается в том, что он поддерживает беспредельную генетическую гетерогенность популяции, обеспечивает генетическую индивидуальность каждого человека.

Для медицины изучение балансированного полиморфизма представляет особую важность в связи с тем, что, во-первых, проявляется неравномерность распределения наследственных заболеваний в популяциях; во-вторых, различается степень предрасположенности к болезням; в-третьих, отмечается индивидуальный характер течения болезни и разная ее тяжесть; в-четвертых, имеет место различная ответная реакция на лечебные мероприятия. Отрицательное проявление балансированного полиморфизма проявляется, прежде всего, в наличии генетического груза.

Билет 92.

Макроэволюция. Ее соотношение с микроэволюцией. Формы филогенеза (эволюции групп): филетическая и дивергентная эволюция, конвергентная эволюция и параллелизм. Примеры.

Макроэволюция - это процесс формирования крупных систематических единиц: новых родов, семейств и т.д. Макроэволюция осуществляется на протяжении огромных промежутков времени, и непосредственно изучать ее невозможно. Тем не менее в основе макроэволюции лежат те же движущие силы, что и в основе микроэволюции: наследственная изменчивость, естественный отбор и репродуктивное разобщение.

Понятие макроэволюции. Понятием «макроэволюция» обозначают происхождение надвидовых таксонов (родов, отрядов, классов, типов, отделов). В общем смысле макроэволюцией можно назвать развитие жизни на Земле в целом, включая ее происхождение. Макроэволюционным событием считается также возникновение человека, по многим признакам отличающегося от других биологических видов.

Между микро- и макроэволюцией нельзя провести резкую грань, потому что процесс микроэволюции, первично вызывающий дивергенцию популяций (вплоть до видообразования), продолжается без какого-либо перерыва и на макроэволюци-онном уровне внутри вновь возникших форм.

Отсутствие принципиальных различий в протекании микро- и макроэволюции позволяет рассматривать их как две стороны единого эволюционного процесса и применять для его анализа понятия, разработанные в теории микроэволюции, поскольку макроэволюционные явления (возникновение новых семейств, отрядов и других групп) охватывают десятки миллионов лет и исключают возможность их непосредственного экспериментального исследования.

Среди форм филогенеза выделяют первичные -- филетическую эволюцию и дивергенцию, лежащие в основе любых изменений таксонов.

Филетическая эволюция -- это изменения, происходящие в одном филогенетическом стволе (без учета всегда возможных дивергентных ответвлений). Без таких изменений не может протекать никакой эволюционный процесс, и поэтому филетическую эволюцию можно считать одной из элементарных форм эволюции. Филетическая эволюция происходит в пределах любой ветви древа жизни: любой вид развивается во времени, и как бы ни были похожи между собой особи вида (разделенные, скажем, несколькими тысячами поколений в неизбежно меняющейся среде), вид в целом должен за это время в чем-то измениться. Это филетическая эволюция на микроэволюционном уровне. Проблемы филетической эволюции на макроэволюционном уровне -- изменение во времени близкородственной группы видов.

В «чистом» виде (как эволюция без дивергенции) филетическая эволюция может характеризовать лишь сравнительно короткие периоды эволюционного процесса

Дивергенция -- другая первичная форма эволюции таксона. В результате изменения направления отбора в разных условиях происходит дивергенция (расхождение) ветвей древа жизни от единого ствола предков.

Начальные стадии дивергенции можно наблюдать на внутривидовом (микроэволюционном) уровне, на примере возникновения различий по каким-либо признакам в отдельных частях видового населения. Так, дивергенция популяций может приводить к видообразованию

Уже Ч. Дарвин подчеркивал огромную роль дивергенции в процессе развития жизни на Земле. Таков главный путь возникновения органического многообразия и постоянного увеличения «суммы жизни». Механизм дивергентной эволюции основан на действии элементарных эволюционных факторов. В результате изоляции, волн жизни, мутационного процесса и в особенности естественного отбора популяции и группы популяций приобретают и сохраняют в эволюции признаки, все более заметно отличающие их от родительского вида. В какой-то момент эволюции (этот «момент» может длиться много поколений, а для эволюции даже сотни поколений -- мгновение) накопившиеся различия окажутся настолько значительными, что приведут к распаду исходного вида на два (и более) новых.

Несмотря на принципиальное сходство процессов дивергенции внутри вида (микроэволюционный уровень) и в группах более крупных, чем вид (макроэволюционный уровень), между ними существует и важное различие, состоящее в том, что на микроэволюционном уровне процесс дивергенции обратим: две разошедшиеся популяции могут легко объединиться путем скрещивания в следующий момент эволюции и существовать вновь как единая популяция. Процессы же дивергенции в макроэволюции необратимы: раз возникший вид не может слиться с прародительским (в ходе филетической эволюции и тот и другой вид неизбежно изменится, и если даже какие-то части этих видов в будущем вступят на путь сетчатой эволюции, или семгенеза, то это не будет возврат к старому.

Дивергенция и филетическая эволюция -- основа всех изменений филогенетического древа и первичные формы протекания процесса эволюции любого масштаба в природе.

Самые сложные явления эволюции -- это филогенетический параллелизм и филогенетическая конвергенция

Параллелизм -- это процесс филетического развития в сходном направлении двух или нескольких генетически близких таксонов. Довольно часто в качестве одной из форм филогенеза называют конвергенцию. Однако конвергентно может возникать только морфофизиологическое сходство по отдельным или нескольким признакам. Образование одного таксона выше уровня вида из двух различных, по-видимому, невозможно.

Очень важно учитывать, что явления направленной эволюции выражаются не только в развитии в одном направлении, но и чаще всего в независимом приобретении организмами ряда общих признаков, отсутствовавших у предков. Если при этом проявляется прямая зависимость специфики приобретаемого признака от функции (например, веретеновидная форма тела у нектонных организмов), то мы говорим о конвергенциях . Если же наряду с функциональными моментами отчетливо проявляется зависимость приобретаемого признака от общих унаследованных особенностей организма, то мы предпочитаем говорить о филогенетических параллелизмах (Татаринов,1983, 1984). Параллелизмы особенно характерны для организмов, связанных относительно тесным родством. Обычно именно этот критерий, измеряемый рангом таксона, кладется в основу различения параллелизмов и конвергенции .

Билет 93.

Макроэволюция. Типы (направления) эволюции групп. Арогенез и ароморфозы. Аллогенез и идиоадаптации. Примеры.

В зависимости от того, изменяется ли уровень организации в эволюционирующих группах, выделяют два основных типа эволюции: аллогенез и арогенез.

При аллогенезе у всех представителей данной группы сохраняются без изменения основные черты строения и функционирования систем органов, благодаря чему уровень организации их остается прежним. Аллогенная эволюция происходит в пределах одной адаптивной зоны -- совокупности экологических ниш, различающихся в деталях, но сходных по общему направлению действия основных средовых факторов на организм данного типа. Интенсивное заселение конкретной адаптивной зоны достигается благодаря возникновению у организмов идиоадаптаций -- локальных морфофизиологических приспособлений к определенным условиям существования. Пример аллогенеза с приобретением идиоадаптаций к разнообразным условиям обитания в отряде насекомоядных млекопитающих

Арогенез -- такое направление эволюции, при котором у некоторых групп внутри более крупного таксона появляются новые морфофизиологические особенности, приводящие к повышению уровня их организации. Эти новые прогрессивные черты организации называют ароморфозами. Ароморфозы позволяют организмам заселять принципиально новые, более сложные адаптивные зоны. Так, арогенез ранних земноводных был обеспечен появлением у них таких основных ароморфозов, как пятипалые конечности наземного типа, легкие и два круга кровообращения с трехкамерным сердцем. Завоевание адаптивной зоны с более сложными для жизни условиями (наземной по сравнению с водной, воздушной по сравнению с наземной) сопровождается активным расселением в ней организмов с появлением у них локальных идиоадаптаций к различным экологическим нишам.

Таким образом, периоды арогенной эволюции группы могут сменяться периодами аллогенеза, когда в результате возникающих идиоадаптаций новая адаптивная зона заселяется и используется наиболее эффективно. Если в ходе филогенеза организмы осваивают более 49

простую по сравнению с исходной адаптивную зону, например, переходя к прикрепленному неподвижному образу жизни или становись паразитами, то они претерпевают морфофизиологический регресс, или дегенерацию, утрачивая часть прогрессивных черт, которыми обладали их предки, и оказываясь на более низком уровне организации. Нередко и новая, более простая, адаптивная зона дает возможность широких идиоадаптаций к не менее разнообразным условиям обитания в ней, т.е. обеспечивает аллогенез

Современный органический мир характеризуется огромным многообразием форм, отличающихся как по уровню организации, так и по разнообразию локальных адаптации именно благодаря смене типов эволюции, протекающей своеобразно в каждой из эволюционирующих групп. Наряду с высокоорганизованными формами существуют примитивные, свободноживущие и паразитические организмы, возникшие эволюционно относительно недавно, и реликтовые группы, время бурного адаптационного процесса которых давно прошло.

...