Размещено на http://www.allbest.ru/

24

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут»

Факультет біотехнології та біотехніки

Реферат з дисципліни

Біологія клітини

на тему:

«Еволюція клітини. Походження життя, енергія необхідна для життя.

Виникнення генетичного коду та розмноження клітини»

Виконала:

студентка 1 курсу

група БТ - 91

Нікітіна Катерина

Перевірила:

Жолнер Л. Г.

Київ 2009

Зміст

Вступ

1. Еволюція клітини

1.1 Клітинні та неклітинні форми життя

1.2 Клітинна теорія

2. Походження життя, енергія необхідна для життя

2.1 Гіпотези походження еукаріотів

2.2 Перетворення енергії в клітині

3. Виникнення генетичного коду та розмноження клітини

3.1 Код ДНК. Поняття про ген

3.2 Розмноження клітин та організмів

4. Цікава інформація

Перелік використаної літератури

Вступ

Біологія - наука про життя. Нині - це комплекс наук про живу природу. Об'єктом вивчення біології є живi організми - віруси, бактерії, водорості, гриби, лишайники, вищі рослини та тварини (від найпростіших одноклітинних організмів до людини), їх рiзноманiтнiсть, будова тіла та органів, розвиток, поширення, еволюція та форми співіснування в екологічних системах. еволюція клітина теорія життя

Першi вiдомостi про живi органiзми почала нагромаджувати ще первісна людина. Живi органiзми давали їжу, матеріал для одягу та житла. Вже тодi людина не могла обiйтися без знань про властивостi рослин, мiсця їх зростання, строки дозрiвання насiння i плодiв, мiсця мешкання i звички тварин, на яких вона полювала, хижих i отруйних тварин, якi могли загрожувати життю. Так поступово накопичувалися вiдомостi про живi органiзми.

1. Еволюція клітини

1.1 Клітинні та неклітинні форми життя

Основними формами життя на Землi є органiзми клiтинної будови. Цей тип організації характерний для всіх видів живих істот, за винятком вірусів, якi розглядають як неклітинні форми життя. Вони настільки малi, що лише в кiлька разiв перевищують розміри великих молекул білків. Віруси мають розмiри 10-275 нм. Iх можна побачити лише пiд електронним мікроскопом. Вони легко проходять крiзь пори спецiальних фiльтрiв, що затримують усi бактерії i клiтини багатоклiтинних органiзмiв.

Вiруси - збудники багатьох хвороб рослин i тварин. Вiрусними хворобами людини є кiр, грип, гепатит А (хвороба Боткiна), полiомiєліт (дитячий паралiч), сказ, вiспа тощо.

Пiд електронним мiкроскопом рiзнi види вiрусiв мають форму паличок або кульок. Окрема вiрусна часточка складається з молекули нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК), скручено в клубок, i молекул бiлка, розміщених у вигляд своєрідної оболонки навколо молекули кислоти (капсид). Вiруси не здатнi самостiйно синтезувати нуклеїнові кислоти i бiлки, з яких вони складаються. Розмноження вiрусiв можливе лише в разі використання фертаєнтних систем клiтин. Потрапивши у клiтину, вiруси змінюють i перебудовують обмiн речовин у нiй, внаслiдок чого клiтина починає синтезувати молекули нових вiрусних часточок. Поза клітинами віруси переходять у кристалічний стан, що сприяє їх збереженню.

У житті вірусів можна виділити такі етапи: прикріплення вірусу до клітини, вторгнення вірусу в клітину, латентну стадію, утворення нового покоління вірусів, вихід вірусів. У латентній стадії вірус ніби зникає. Його не вдається виявити або виділити з клітини, але в цей період вся клітина синтезує необхідні для вірусу білки i нуклеїнові кислоти, в результаті чого утворюється нове покоління вірусів.

Проникнення вiрусу в клiтину органiзму хазяїна розпочинається iз взаємодiї вiрусної часточки з поверхнею клiтини, на якiй є особливi рецепторнi дiлянки. Оболонка часточки вiрусу має вiдповiднi прикрiпнi бiлки, якi “впiзнають” цi дiлянки. Саме цим зумовлена висока специфiчнiсть вiрусiв стосовно клiтин-хазяїв: часто вiруси уражують лише певний тип клiтин якогось виду органiзмiв. Так, вiрус полiомiєлiту уражує лише нервовi клiтини людини, а вiрус тютюнової мозаїки - клiтини листкiв тютюну. Якщо часточка вiрусу прикрiплюється не до рецепторних дiлянок, а до iнших мiсць на поверхнi клiтини-хазяїна, то зараження останньої може i не вiдбутися. Отже, наявнiсть рецепторних дiлянок на поверхнi клiтини визначас її чутливiсть до того чи іншого виду вiрусiв.

Усередину клiтини-хазяїна вiрус може проникнути рiзними шляхами. Часом оболонки вiрусних часточок зливаються з клітинною мембраною (як у вірусі грипу), і ДНК виявляється у цитоплазмi клiтини, iнодi вiрусна часточка потрапляє в клiтину шляхом лiноцитозу, пiсля чого ферменти клiтини-хазяїна розщеплюють її оболонку i вивiльняють нуклеїнову кислоту (вiрус полiомiелiту тварин). У рослиннi клiтини вiруси можуть проникати крiзь пошкодженi дiлянки клiтинної стiнки.

У 1917 р. французький вчений Ф. д'Ерелл вiдкрив вiруси бактерiй - бактерiофаги (або фаги). Пiд електронним мiкроскопом вони мають форму коми або тенiсної ракетки розмiром близько 5 нм. Коли часточка фаги прикрiплюсться своїм тонким вiдростком до бактерiальної клiтини, його ДНК проникає в клiтину i викликає синтез нових молекул ДНК і бiлка бактерiофага. Через З0-60 хв бактерiальна клiтина руйнується i з неї виходять сотнi нових часточок фага, здатних спричинити зараження iнших бактерiальних клiтин.

Спочатку вважали, що бактерiофаги можна використовувати для боротьби з хвороботворними бактерiями. Проте згодом виявилося, що фаги швидко руйнують бактерії в пробiрцi, але неефективні в живому органiзмi. У зв'язку з цим їх використовують в основному для дiагностики захворювань, виявлення бактерій [1-3].

1.2 Клітинна теорія

Відкриття i вивчення клiтини стало можливим завдяки винайденню мiкроскопа та вдосконаленню методiв мiкроскопiчних дослiджень. Перший опис клiтини зроблено у 1665 р. англiйським ученим Р. Гуком. Згодом з'ясувалося, що вiн вiдкрив не клітинні (у власному розумiннi термiна), а лише зовнiшнi оболонки рослинних клiтин.

Прогрес у вивченні клітини пов'язаний з розвитком мiкроскопii у ХIХ ст. На той час уявлення про будову клітини змiнилось: за основу клiтини бралася не клітинна оболонка, а вмiст - протоплазма. У протоплазмi було відкрито постiйний компонент клiтини - ядро. Численнi вiдомостi про тонку будову та розвиток тканин i клітини дали змогу зробити узагальнення. Таке узагальнення запропонував у 1839 р. нiмецький бiолог Т. Шванн у вигляді сформульовано ним клiтинної теорii. Вiн стверджував, що клiтини рослин i тварин принципово подiбнi мiж собою.

Крiм Т. Шванна та М. Шлейдена, співавторами клiтинної теорiї вважають нiмецького вченого Рудольфа Вiрхова та естонського вченого Карла Бера. Р. Вiрхов довiв, що клiтини утворюються з інших клітин внаслідок їх подiлу. Е. Бер вiдкрив яйцеклітину птахiв i ссавцiв i довiв, що багатоклiтиннi органiзми цих тварин розвиваються з однiєї клiтини - заплiдненої яйцеклiтини (зиготи). Отже, клiтина є одиницею не лише будови, а й розвитку органiзму.

Створення клiтинної теорiї стало найважливішою подiєю в бiологiї, одним iз вирiшальних доказiв єдностi всiєї живої природи. Клiтинна теорiя сприяла розвитку ембрiологiї, гiстологiї i фiзiологiї. Вона стала основою для матерiалiстичного розумiння життя, пояснення еволюцiйного взаємозв'язку органiзмiв, розумiння сутi iндивiдуального розвитку.

Основнi положення клiтинної теорiї зберегли своє значення i нинi, хоча бiльш нiж за 100 рокiв були отриманi новi вiдомостi про структуру, життедiяльнiсть i розвиток клiтин.

Сучасна клiтинна теорiя включає такi положення:

· клiтина - елементарна одиниця будови i розвитку всiх живих

органiзмiв;

· клiтини всiх одно- i багатоклiтинних органiзмiв подiбнi за походженням (гомологiчнi), будовою, хiмiчним складом, основними виявами життєдiяльностi;

· кожна нова клiтина утворюється тiльки внаслiдок розмноження материнської клiтини шляхом подiлу;

· у багатоклiтинних органiзмiв, якi розвиваються з однiєї клiтини

(зиготи, спори тощо), рiзнi типи клiтин формуються внаслiдок їхньої спецiалiзацiї упродовж iндивiдуального розвитку особини й утворюють тканини;

· з тканин складаються органи, якi тiсно пов'язанi мiж собою й пiдпорядкованi нервово-горморальним та імунним системам регуляцiї.

Клiтинна теорiя с одним з найбiльших узагальнень природознавства ХIХ ст. Формування клiтинної теорiї створило основу для подальших фундаментальних дослiджень процесiв життєдiяльностi, будови та розвiтку всiх органiзмiв на Землi [1-3].

2. Походження життя, енергія необхідна для життя

2.1 Гіпотези походження еукаріотів

Клітини прокаріотів (бактерій та архей) та еукаріотів на фенотипічному рівні схожі за наявністю ДНК та білок-синтезуючого апарату, представленого рибосомами; наявністю клітинних мембран; ферментних комплексів, що забезпечують процеси реплікації, транскрипції, трансляції та синтезу АТФ. До складу клітин прокаріотів та еукаріотів входять білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти, мінеральні речовини та вода.

Відміни у будові клітин прокаріотів та еукаріотів пов'язані, в першу чергу, з тим, що майже вся ДНК прокаріотів складається з однієї хромосоми, і у випадку бактерій не пов'язана з білками-гістонами (хоча навіть бактерії мають гістоноподібні білки). Еукаріоти, на відміну від прокаріотів, зазвичай не містять генів, організованих у великі оперони, процес цитокінезу (поділу ДНК) проходить за участю веретена поділу. Рибосоми у еукаріотів більші, ніж рибосоми прокаріотів (умовна вага прокаріотичних рибосом становить 70S, тоді як еукаріотичних -- 80S). Багато клітин еукаріотів здатні до фаго- та піноцитозу, мають морфологічно оформлене ядро, часто також мітохондрії, пластиди, ендоплазматичний ретикулум, комплекс Гольджі, лізосоми, пероксисоми, мають іншу структуру джгутиків і джгутикових моторів, мають клітинний центр з центріолями. Для багатоьох клітин еукаріотів характерні мітоз, мейоз, повноцінний статевий процес, проте набагато нижча ймовірність горизонтального переносу генів. Зазвичай еукаріотичні клітини більші за розмірами, ніж прокаріотичні -- їх середній діаметр становить біля 5-20 мікрон, тоді як у бактерії та архей -- 0,5-2 мікрона.

За палеонтологічними даними, прокаріоти на нашій планеті виникли біля 3,2 млрд. років тому, тоді як еукаріоти є набагато молодшими -- їх вік складає лише біля 1,6 млрд. років. Сьогодні в межах доменів бактерії та архей описано біля 40 тис. видів (хоча оцінки їх загальної кількості складають біля 10 млн. видів), тоді як у домені еукаріотів -- біля 1,7 млн. видів.

Автогенетична гіпотеза

Згідно з цією гіпотезою, еукаріотична клітина утворилась з прокаріотичної внаслідок розвитку плазмалемою системи інвагінацій, які надалі замкнулись навколо ділянок плазмалеми з ферментами дихального ланцюга, фотосинтетичними пігментами, нуклеоїда, відповідно утворивши мітохондрії, пластиди та ядро. Розвиток системи інвагінацій мембран призвів також до виникнення ендоплазматичної сітки, комплексу Гольджі, лізосом та ін. Проте автогенетична гіпотеза не змогла пояснити чимало фактів. Наприклад, чому мітохондрії та хлоропласти містять власну ДНК і розмножуються поділом, чому в мітохондріях та хлоропластах наявні легкі прокаріотичні рибосоми, чому поровий апарат мітохондрій та пластид подібний до порового апарату прокаріот, і відрізняється від порового апарату плазмалеми еукаріот, як виник мітоз та з'явились мікротрубочки, та ін.

Ендосимбіотична гіпотеза

Наприкінці ХІХ ст. видатний ботанік та фізіолог рослин М. С. Цвєт, на основі спостережень поділу хлоропласту та ядерця у зеленої водорості Spirogyra висловив припущення, що клітини рослин можливо представляють собою симбіотичний утвір з клітини-господаря та бактеріальних внутрішньоклітинних симбіонтів, які відомі як хлоропласти та ядерця. Це припущення у 20-40-х роках ХХ ст. було детально розроблено, в першу чергу, К. С. Мережковським у так звану ендосимбіотичну гіпотезу походження еукаріотичної клітини. Проте ідеї К. С. Мережковського не знайшли підтримки у широкого загалу біологів. Гіпотезу ендосимбіотичного походження еукаріотів називали вражаючим витвором людської фантазії", «луна-парком», «непристойною темою у колі освічених біологів». У 60-х роках гіпотеза ендосимбіотичного походження еукаріотичної клітини була заново сформульована американською дослідницею Л. Маргеліс.

Згідно з гіпотезою Мережковського-Маргеліс, еукаріотична клітина виникла внаслідок кількох ендосимбіозів: гіпотетична прокаріотична анаеробна клітина, здатна до фагоцитозу, захопила, проте не перетравила, а зберегла в цитоплазмі, аеробну гетеротрофну бактерію, яка трансформувалась в мітохондрію. Далі клітина-господар, що містила мітохондрію, вступила в симбіоз з рухливою спірохетоподібною гетеротрофною бактерією, яка дала початок джгутику. Після цього внаслідок автогенетичного процесу, пов'язаного з утворенням глибоких інвагінацій плазмалеми, навколо нуклеоїду клітини-господаря утворилось ядро. Далі базальні тіла джгутиків трансформувались в центри організації веретена поділу, внаслідок чого виник спочатку мітоз, а потім його модифікація -- мейоз, разом із статевим процесом. Виникла перша гетеротрофна еукаріотична клітина. Нащадки цієї клітини, еволюція яких пішла по шляху вдосконалення фагоцитозу, дали початок тваринам. Ті ж нащадки, які еволюціонували в напрямку удосконалення осмотрофного живлення, дали початок грибам. Симбіоз гетеротрофної еукаріотичної клітини з синьозеленою водорістю призвів до появи рослин, оскільки симбіотична синьозелена водорість надалі трансформувалась у пластиду.

Синтетична гіпотеза

Численні перевірки ендосимбіотичної гіпотези, виконані з широким використанням електронної мікроскопії, мікрохімічних та молекулярно-генетичних методів, з одного боку, підтвердили гіпотезу ендосимбіотичного походження мітохондрій та пластид, з іншого -- автогенетичну гіпотезу походження ядра та більшості одномембранних клітинних органел. Таким чином, на початку ХХІ ст. теорія походження еукаріотів сформувалась на основі синтезу обох гіпотез -- як автогенетичної, так і ендосимбіотичної, і отримала назву синтетичної гіпотези походження еукаріотів.

Сьогодні вважають, що першим кроком на шляху виникнення еукаріотів було утворення у гіпотетичного прокаріотичного пращура численних внутрішніх інвагінацій плазмалеми, які, з одного боку, замкнули прокаріотичний нуклеоїд у двомембранну оболонку (тобто утворили морфологічно оформлене ядро), а з іншого -- призвели до утворення ендоплазматичної сітки та похідного від неї комплексу Гольджі, а також травних вакуолей та їх похідних -- лізосом.

На другому етапі, внаслідок горизонтального переносу гену, що кодує білок тубулін від спірохетоподібних бактерій, примітивні еукаріоти набули здатності до синтезу тубулінових мікротрубочок. В результаті у еукаріотів з'явився цитоскелет, джгутики з базальним тілами, веретено поділу, мітоз. Базальні тіла джгутиків надалі у частини представників трансформувалися у клітинний центр, а порушення нормального мітозу (зокрема, скорочення інтерфази) призвели до виникнення мейозу і пов'язаного з ним статевого процесу. Група первинно безмітохондріальних еукаріотів сьогодні розглядається як перше, найпримітивніше царство еукаріотів -- Hypochondria (Домітохондріальні, або Гіпохондріати). Всі гіпохондріати є одноклітинними гетеротрофами з тваринною стратегією живлення.

На третьому етапі еукаріотична клітина утворила симбіотичний комплекс з прокаріотичною клітиною, схожою із сучасними альфа-протеобактеріями. Ця прокаріотична клітина надалі трансформувалась у мітохондрію. За результатами як цитологічних, так і молекулярних досліджень, найдавнішими мітохондріальними еукаріотами вважаються ті, які мають мітохондрії з особливими дископодібними кристами. Група мітохондріальних еукаріотів з дископодібними кристами прийнята як таксон рангу царства -- Discicristates (Дискокристати). В основі царства дискокристат знаходяться первинно гетеротрофні організми.

На четвертому етапі еукаріоти розділилися на дві великі групи. Одна з цих груп має мітохондрії з трубчастими кристами, і складає царство Tubulocristates (Тубулокристати, трубчастокристні), друга -- мітохондрії з переважно пластинчастими кристами, і приймається як царство Platycrsitates (платикристати, платівчастокристні). Подібно до дискокристат, в основі філ тубуло- та платикристат знаходяться первинно гетеротрофні організми із тваринною стратегією живлення.

На п'ятому етапі в еукаріотичному світі з'явилися перші рослини. За даними молекулярної та клітинної біології, ця подія пов'язана з симбіозом гетеротрофного еукаріота-платикристати з фотоавтотрофним прокаріотом -- синьозеленою водорістю. Як наслідок цього симбіозу утворилась пластида, оточена двома мембранами, яка отримала назву первинно симбіотичної пластиди. Подальша дивергенція організмів з первинно симбіотичними пластидами обумовила виникнення у межах філи платикристат групи фотоавтотрофних відділів, які склали підцарство Plantae -- рослини. Дивергенція гетеротрофних платикристат за типами живлення зумовила виникнення з одного боку, відділів з осмотрофним живленням -- підцарства Fungi (гриби), з іншого -- таксонів з фаготрофним живленням, що склали підцарство Animalia -- тварини.

Велика радіація тубулокристат відбувалась майже паралельно з платикристатами, проте була пов'язана не стільки з еволюцією за типами живлення, скільки з еволюцією клітинних покривів та джгутикового апарату. В основі тубулокристат залишились амебоїдні організми, які складають підцарство Ameboflagellates (амебо-флогеляти). Дві більш прогресивні філи представляють, з одного боку, таксони зі специфічними, альвеольованими покривами -- Alveolates (альвеоляти), та з іншого -- зі специфічними субмікроскопічними тричленними [6].

2.2 Перетворення енергії в клітині

Обмiн речовин - загальна властивiсть, характерна для всiх живих органiзмiв. Загальнобiологiчна суть обмiну речовин як сцецефiчної властивостi живої матерiї полягає в тому, що всi живi организми вилучають з навколишнього середовища рiзнi органiчнi і неорганiчнi сполуки та хiмiчнi елементи, використовують їх у своїй життєдiялъностi i видiляють у зовнiшнє середовище кiнцевi продукти обмiну у виглядi простiших органiчних i неорганiчних сполук. Обмiн речовин можна охарактеризувати як комплекс бiохiмiчних і фiзiологiчних процесiв, якi забезпечують життєдiяльнiсть органiзмiв у тiсному взаємозв'язку з навколишнім середовищем. Комплекс фiзiологiчних процесiв, що винчається на рiвнi цiлiсного вищого органiзму, охоплює дихання, живлення, травлення, всмоктування, а також видiлення продуктiв обмiну органами i системами (шкiра, легенi, видiльна система, травний апарат) [2].

Етапи енергетичного обміну

Для життєдіяльності клітини, її функцiонування, росту, розмноження, синтезу органiчних сполук необхідна енергiя. Основним джерелом отримання енергiї клітиною є глюкоза. Якщо у клітину потрапляє не глюкоза, а якийсь інший вуглевод, то вiн перетворюється на глюкозу або на одну iз проміжних сполук, якi утворюються в процесі розщеплення глюкози, а далi цi речовини розщеплюються подібно до глюкози.

У цьому процесі високомолекулярні органічні сполуки перетворюються на прості органічні і неорганічні. Процес енергетичного обміну дуже складний.

Як відомо, в процесі травлення складні органічні сполуки розщеплюються в травному каналі на простіші: жири - на глiцерин і жирнi кислоти, полiсахариди - на моносахариди, бiлки - на амiнокислоти. Всмоктуючись, вони надходять до внутрiшнього середовища органiзму. Цей процес iнодi розглядають як пiдготовчий етап енергетичного обмiну речовин в органiзмi. Вiн супроводжується видiленням порiвняно невеликої кiлькостi енергii, яка розсіюється у виглядi теплоти.

На першому етапi енергетичного обмiну речовини, якi утворилися пiд час пiдготовчого етапу, включаються в подальший процес розщеплення без участi кисню. Це складний, багатоступiнчастий процес, який вiдбувається на внутрішньоклітинних мембранах, де є вiдповiднi ферменти. Речовини переміщуються по цих ферментах, як по конвеєру.

Другий етап енергетичного обмiну - повне, або кисневе, розщеплення. Основною умовою етапу є надходження в клiтину достатньої кiлькостi кисню. Усi процеси вiдбуваються на мембранах мітохондрій. Промiжнi реакцiї розщеплення молочної кислоти до кiнцевих продуктiв (СО₂ і Н₂О вiдбуваються з видiленням енергiї. Поступовiсть кисневого розщеплення і виділення енергії надзвичайно важлива для акумулювання енергії в АТФ. У цьому процесі також бере участь фосфорна кислота та АДФ [1-3].

3. Виникнення генетичного коду та розмноження клітини

3.1 Код ДНК. Поняття про ген

Найважливішим досягненням біології ХХ ст. стало з'ясування генетичного коду - встановлення відповідності між послідовністю нуклеотидів молекули ДНК та амінокислотами молекули білка. Нині генетичний код з'ясовано повністю. Кожна амінокислота кодується трьома (розміщеними поряд) нуклеотидами молекули ДНК або відповідними (комплементарними) нуклеодидами інформаційної РНК. Ці нуклеотиди складають триплети (трійки, кодони). Чотири різні нуклеотиди молекули ДНК - А, Ц, Т, Г (або А, Ц, У, Г молекули РНК) можуть утворювати 64 різних триплети (з урахуванням послідовності розміщення). Всі ці триплети (за винятком трьох: УАА, УАГ І УГА) відповідають 20 амінокислотам, які входять до складу білків. Деякі амінокислоти, наприклад триптофан (УГГ), метіонін (АУГ), кодуються лише одним триплетом, інші - двома (феніл-аланін - УУУ, УУЦ, цистеїн - УГУ, УГЦ), трьома (ізолейцин - АУУ, АУЦ, АУА), чотирма (гліцерин - ГГУ, ГГЦ, ГГА, ГГГ, пролін - ЦЦУ, ЦЦЦ, ЦЦА, ЦЦГ) і шістьма (серин - УЦУ, УЦЦ, УЦА, УЦГ, АГУ, АГЦ) триплетами. Як видно з наведених прикладів, у разі виникнення кодування амінокислот кількома триплетами ці триплети відрізняються лише третьою літерою. У разі шести триплетів чотири з них відрізняються лише третьою літерою, а два відрізняються (від цих чотирьох) повністю, але між собою вони відрізняються теж лише третьою літерою. Триплети УАА, УАГ І УГА виконують функцію «розділових знаків» і не несуть генетичної інформації. Вони відділяють інформативні ділянки одну від одної, є стоп-кодами. Саме на них припиняється синтез одного поліпептидного ланцюга. Очевидно стоп-кордони - це кінцева точка функціональної одиниці ДНК-цистрона. Починається синтез наступного ланцюга триплетом АУГ або ГУГ.

Генетичний код характеризується виродженістю (кількість амінокислот менша від кількості триплетів). Він однозначний (кожен триплет кодує лише одну певну амінокислоту), універсальний (єдиний для всіх організмів) і не перекриваються [5].

3.2 Розмноження клітин та організмів

Розмноження або відтворення собі подібних, є невід'ємною властивістю всіх живих організмів - від бактерій до людини, цей процес забезпечує існування в часі кожного виду рослин і тварин, підтримання їх чисельності спадкоємності між окремими поколіннями.

Поділ клітин - основа розмноження та індивідуального розвитку організмів всі клітини багатоклітинного організму виникають шляхом розмноження (ділення раніше існуючих клітин). Ділення клітин проходить шляхом мітозу і амітозу. Комплекс процесів, у результаті яких з однієї клітини утворюються дві нові називають мітотичним циклом. Він включає період самого мітозу та інтерфазу - проміжок між діленням.

Під час інтерфази в клітині здійснюються всі основні процеси обміну речовин та енергії.

Мітоз - складний процес ділення клітин, при якому відбувається точний розподіл комплексу хромосом з наявною в них ДНК між дочірніми клітинами.

Процес мiтозу поділяється на чотири фази: профаза, метафаза, анафаза i телофаза, кожна iз яких без різкої межі змінює одна одну.
Профаза. На самому початку профази двi центрiолi клiтиного центру вiдходять одна вiд одної до протилежних полюсiв клiтин, ядро клiтини збільшується в розмiрах у 1,5 разів.

Метафаза. В цю фазу хромосом переміщаються по цитоплазмі і розташовуються упорядковано в середній (екваторіальній) площині клітини, перпендикулярній до ниток ахроматинового веретина.

Анафаза. В цю фазу парнi хроматиди (це одна хромосома) вiддiляються одна вiд одної i починають порiвняно швидко перемiщатися до проталежних полюсiв клiтiни. Кожна хроматида при цьому стає самостiйною дочiрньою (точнiше сестринською) хромосомою.

Телофаза. Процес деспiралiзацiї хромосом приводить до утворення клубків iз довгих ниток, якi переплітаються одна з одною.

Мейоз, або редукційний поділ - своєрідний тип ділення клітини еукаріот, які мають статеве розмноження. Характерним для нього є зменшення числа хромосом і кількості ДНК у два рази.

Мейоз - це універсальний процес, він характерний як для рослин, так і для тварин, і у всіх живих істот здійснюється за однією схемою.

Розвиток яйцеклітин і сперматозоїдів. Дозрівання
і розвиток статевих клітин називаються гамотогенезом. У тварин
і людин він відбувається в статевих залозах: яйцеклітини розвиваються в яєчниках, а сперматозоїди -- в сім'яниках.

Процес розвитку чоловічих статевих клітин (сперматогенез) і жіночих статевих клітин (оогенез) мають ряд спільних рис: в яєчники і сім`янику розрізняють три різні ділянки - зона розмноження, зона росту і зона дозрівання статевих клітин.

Запліднення - це процес зливання ядер сперматозоїду і яйцеклітини і відновлення диплоїдного набору хромосом. Запліднена яйцеклітина називається зиготою. Утворення зиготи відбувається лише при прониканні сперматозоїду в яйцеклітину.

Цей процес у різних організмів здійснюється по-різному. У ссавцiв проникання сперматозоїду в яйцеклітину супроводжується розчиненням її оболонки за допомогою різних ферментів, якi виділяє сперматозоїд. У багатьох комах яйцеклітини мають щільну оболонку i сперматозоїд проникає через невеликі отвори в ній. У деяких водних організмів на поверхні яйцеклітини утворюється на мiсцi контакту iз сперматозоїдом невеликий сприймаючий горбик, який потім втягується всередину разом iз сперматозоїдом. Звичайно в цитоплазму яйцеклітини проникає лише головка сперматозоїда з мiтохондрiєю i центрiолєю, а хвiст залишаеться зовнi. Облонка головки розчиняється, ядро набрякає до розмірів ядра яйцеклітини. Потім ядра зближуються i зливаються.

Розвиток зародка. Після утворення зиготи розчинається індивідуальний розвиток організму, в якому розрізняють ембріональний (зародковий) і постембріональний (післязародковий періоди).

Індивідуальний розвиток організму називається онтогенезом. Перший етап онтогенезу - ембріональний розвиток - у свою чергу може бути поділений на декілька періодів: дробіння, гаструляція, утворення тканин і органів зародка.

Дробіння. Після запліднення яйцеклітина ділиться на дві клітини, або два бластомери, однакової величини. Перший поділ яйцеклітини відбувається в площині меридiана. Потiм кожний iз бластомерiв одночасно знову ділиться також у площинi меридiана, i утворюються 4 клітини однакової величини. Наступний подiл відбувається вже в площини екватору -- утворюються 8 клiтин. Пiсля цього подiли, меридіональні й екваторіальні, чергуються, утворюється 16, 32, 64 бластомери, якi щільно прилягають один
до одного.

Кiлькiсть клiтин збільшується внаслідок мiтозу, але, на відміну вiд звичайних соматичних клiтин, iнтерфаза дуже коротка i бластомери не ростуть, тому цей процес i називають дробінням.

Стадії бластули i гаструли. Як правило, коли кiлъкiсть бластомерiв досягає 64, всередині зародка утворюється невелика порожнина, яка заповнена рідиною. При подальшому збільшені кількості клітин порожнина збiльшуеться, а всi клiтини розташовуються на поверхнi зародка в один шар. Це i є бластула. Потім ділення клітин уповільнюється, інтерфаза подовжується, i зменшення розмірів клiтин зародка (здрібнення) припиняється. Тому бастулнi мтотачнi поділи не називають дробінням, а клітини зародка називають не бластомерами, а ембріональними клітинами.

Другий етап ембріонального розвитку -- гаструляція -- полягає в утворенні двох шарів клітин зародка. У ланцетника утворення другого шару відбувається шляхом вгинання стінки бластул усередину. Спочатку з'являється невеликий вгин, потім вiн поглиблюється й утворюється другий шар клiтин (внутрішній), який прилягає до зовнішнього. Так утворюється двошаровий зародок -- гаструла.

Закладка органiв та взаємодія частин зародка. Наступний етап -- формування тканин i органів -- пов'язаний з подальшим диференціюванням клітин. В першу чергу, із ендодерми утворюється третій зародковий листок -- мезодерма, який вростає мiж екто- i ентодермою, роздiляючи їх. Потiм у зародкiв хребетних тварин розпочинається формування нервової трубки i хорди. Нервова трубка утворюється на майбутньому спинному боці зародка
шляхом вп'ячування ентодерми у вигляді жолобка. Вiн поглиблюється, верхнi краї його змикаються, утворюється нервова трубка -- зачаток центральної нервової системи. В цей же час пiд нервовою трубкою iз ентодерма утворюється клiтина, яка потiм формує хорду. Подальше диференціювання призводить до формування iз ентодерма епітелію кишок, травних залоз, а також легень. Із мезодерма утворюються кровоносна, видільна система, скелет, м'язи. Із ентодерми крiм нервової трубки утворюються органи чуттів, покривний епітелій i похідні шкіри [3,4].

4. Цікава інформація

Еукаріоти виникли 3 мільярди років тому?

Вважається, що життя зародилося на нашій планеті приблизно 4 мільярди років тому. І першими мешканцями Землі були бактерії. Мільярди окремих особин склали колонії, що покрили живою плівкою безкрайні простори морського дна. Древні організми змогли пристосуватися до реалій суворої дійсності. Високі температури і бескисневе середовище - це умови, при яких скоріше можна вмерти, ніж залишитися в живих. Але бактерії витримали. Адаптуватися до агресивного середовища одноклітинний світ зміг завдяки своїй простоті. Бактерія - це клітина, усередині якої немає ядра. Такі організми називають прокаріотами. Наступний виток еволюції зв'язаний з еукаріотами - клітинами з ядром. Перехід життя на наступну ступень розвитку відбувся, як донедавна були переконані вчені, близько 1,5 мільярда років тому. Але сьогодні думки фахівців із приводу цієї дати розділилися. Причиною тому стала сенсаційна заява дослідників з Палеонтологічного інституту РАН.

Дайте повітря!

Прокаріоти зіграли важливу роль в історії еволюції біосфери. Не будь їх, не було б і життя на Землі. Але світ без'ядерних істот був позбавлений можливості прогресивно розвиватися. Якими прокаріоти були 3,5-4 мільярди років тому, майже такими ж вони залишилися і донині . Прокаріотична клітина нездатна створити складний організм. Щоб еволюція рушила далі і дала початок більш складним формам життя, був потрібний інший, більш складний тип клітини - клітина з ядром.

Появі еукаріот передувала одна дуже важлива подія: в атмосфері Землі з'явився кисень. Клітини без ядер могли жити в бескисневому середовищі, а еукаріоти - уже ні. Першими продуцентами кисню, імовірніше всього, були ціанобактерії, які винайшли ефективний спосіб фотосинтезу. Що він міг собою представляти? Якщо до цього як донора електрона бактерії використовували сірководень, то в якийсь момент вони навчилися одержувати електрон з води.

"Перехід до використання такого практично необмеженого ресурсу, як вода, відкрив перед ціанобактеріями еволюційні перспективи", - вважає науковий співробітник Палеонтологічного інституту РАН Олександр Марков. Замість звичних сірки і сульфатів у процесі фотосинтезу став виділятися кисень. А далі, як кажуть, почалося найцікавіше. Поява першого організму з клітинним ядром відкрило широкі можливості для еволюції всього живого на Землі. Розвиток еукаріот призвів до виникнення таких складних форм, як рослини, гриби, тварини і, звичайно, людини. Усі вони мають однаковий тип клітин, у центрі якої знаходиться ядро. Цей компонент відповідальний за збереження і передачу генної інформації. Він же вплинув на те, що еукаріотичні організми стали відтворювати себе шляхом статевого розмноження. Біологи і палеонтологи вивчили еукаріотичну клітку настільки докладно, наскільки це було можливе. Вони припускали, що їм також відомий час походження перших еукаріот. Фахівці називали цифри 1-1,5 мільярда років тому. Але зненацька з'ясувалося, що ця подія відбулася набагато раніше.

Несподівана знахідка

Ще в 1982 році палеонтолог Борис Тимофєєв провів цікаве дослідження й опублікував його результати. В архейських і нижньопротерозойських породах (2,9-3 мільярди років) на території Карелії він знайшов незвичайні окам'янілі мікроорганізми розміром порядку 10 мікрометрів (0,01 міліметра). Велика частина знахідок мала кулясту форму, поверхню якої покривали зморшки і візерунки. Тимофєєв зробив припущення, що він знайшов акритархи - організми, що належать до представників еукаріот. Раніше подібні зразки органіки палеонтологи знаходили тільки в більш молодих відкладеннях - віком близько 1,5 мільярда років. Про це відкриття вчений і написав у своїй книзі. "Якість друку того видання була просто жахливою. З ілюстрацій взагалі неможливо було щось зрозуміти. Зображення являли собою сірі плями, що розпливлися, - розповідає Олександр Марков, - тому не дивно, що більшість читачів, перегорнувши цю працю, відкинули її вбік, з часом про неї забувши". Сенсація, як це нерідко трапляється в науці, пролежала багато років на книжковій полиці.

Про роботу Тимофєєва зовсім випадково згадав директор Палеонтологічного інституту РАН доктор геолого-мінералогічних наук, член-кореспондент РАН Олексій Розанов. Він вирішив ще раз, з використанням сучасних пристроїв, дослідити колекцію карельських зразків. І дуже швидко переконався, що перед ним дійсно еукаріотоподібні організми. Розанов упевнений, що знахідка його попередника - важливе відкриття, що є вагомою підставою для перегляду існуючих поглядів на час першої появи еукаріот. Дуже швидко у гіпотези з'явилися прихильники і супротивники. Але навіть ті, хто розділяє погляди Розанова, висловлюються по даному питанню стримано: "У принципі поява еукаріот 3 мільярди років тому можлива. Але це важко довести, - вважає Олександр Марков. - Середній розмір прокаріот знаходиться в межах від 100 нанометрів до 1 мікрона, еукаріот - від 2-3 до 50 мікрометрів. У дійсності ж розмірні інтервали перекриваються. Дослідники часто знаходять зразки як гігантських прокаріот, так і малюсіньких еукаріот. Розмір - це не стовідсотковий доказ". Перевірити гіпотезу дійсно нелегко. У світі більше немає зразків еукаріотичних організмів, добутих з архейських відкладень. Порівняти древні артефакти з їхніми сучасними аналогами також не уявляється можливим, адже нащадки акритархів не дожили до наших днів.

Переворот у науці

Проте в науковому товаристві навколо ідеї Розанова піднявся великий шум. Хтось категорично не приймає знахідку Тимофєєва, оскільки упевнений, що 3 мільярди років тому на Землі не було кисню. Інших бентежить температурний фактор. Дослідники вважають, що якби еукаріотичні організми з'явилися в часи архею, то вони, грубо кажучи, відразу б зварилися. Олексій Розанов відповідає так: "Звичайно такі параметри, як температура, кількість кисню в повітрі, солоність води, визначають виходячи з геологічних і геохімічних даних. Я ж пропоную інший підхід. Спочатку по палеонтологічних знахідках оцінити рівень біологічної організації. Потім на підставі цих даних визначити, скільки кисню повинне було міститися в атмосфері Землі, щоб та чи інша форма життя могла нормально себе почувати. Якщо з'явилися еукаріоти, виходить, в атмосфері вже повинний був бути присутнім кисень, у районі кількох відсотків від сучасного рівня. Якщо з'явився черв'як - вміст кисню повинен був складати вже десятки відсотків. Таким чином, можна скласти графік, що відбиває появу організмів різного рівня організації в залежності від збільшення кисню і зменшення температури". Олексій Розанов схильний максимально відсунути в минуле момент появи кисню і гранично зменшити температуру древньої Землі.

Якщо пощастить довести, що Тимофєєв знайшов скам'янілі еукаріотоподібні мікроорганізми, це буде означати, що людству найближчим часом доведеться змінити звичне уявлення щодо ходу еволюції. Даний факт дозволить говорити про те, що життя на Землі з'явилася значно раніше, ніж це передбачалося. Крім того, виходить, що необхідно переглядати еволюційну хронологію життя на Землі, що, виявляється, майже на 2 мільярди років старше. Але в такому випадку залишається незрозумілим, коли, де, на якому етапі розвитку відбувся розрив еволюційного ланцюжка чи чому сповільнився його хід. Іншими словами, зовсім неясно, що відбувалося на Землі цілих 2 мільярди років, де весь цей час ховалися еукаріоти: занадто велика біла пляма утвориться в історії нашої планети. Потрібний черговий перегляд минулого, а це робота колосальна, якій, можливо, ніколи не буде кінця [6].

Перелік використаної літератури

1. Абрамов И. В., Абрамов И. И., Агафонов Н. П., Агре Н. С., Адрианов О. С. Биология: Большой энциклопедический словарь / М.С. Гиляров (гл.ред.). -- 3-е репр. изд. -- М. : Большая Российская энциклопедия, 1999. -- 864с. : ил.

2. Алейніков Іван Михайлович, Захаренко Микола Олександрович. Конспект з біології: Метод. розробка для абітурієнтів вузів / Національний аграрний ун-т; Товариство "Знання". -- К. : Бронт, 1996. -- 112с

3. Андреева Наталья Дмитриевна, Машкова Надежда Николаевна, Соломин Валерий Павлович. Биология: Пособие для поступающих в вузы. -- СПб. : Издательство РГПУ им. А. И. Герцена, 2001. -- 319 с. : рис. -- (Серия "В помощь абитуриенту и студенту").

4. Н. Грин. Биология. Пособие для поступающих в вузы, М.: Из-во “МИР”, 1993 - 218 с.

5. Ф. Кибернштерн. Гены и генетика, М.: Из-во «Параграф”, 1995 - 320 с

6. Вікіпедія.ru

Размещено на Allbest.ru