Принципы эволюции воспроизводства и развития живых систем

Три важных процессаразвития организма:

1) оплодотворение – это сложный процесс, приводящий к слиянию яйцеклетки и сперматозоида, объединению их ядер и образованию диплоидной зиготы, из которой впоследствии будет развиваться новый организм. У растений оплодотворению предшествует опыление, которое может быть:

– перекрестное

– самоопыление.

У животных оплодотворению предшествует процесс осеменения, которое может быть:

– наружное (внешнее) – сперматозоиды и яйцеклетки выделяются в окружающую среду,

– внутреннее

2) воспроизводство;

3) деление клеток.

Каждый организм состоит из клеток. Развитие и существование организма обеспечивается размножением клеток. Хотя способы размножения в растительном и животном мире очень разнообразны, их можно свести к двум основным типам:

– бесполое

– половое

В бесполом размножении участвует только 1 родительская особь и в результате ее деления или почкования образуется одна или несколько новых особей, генотипически идентичные исходной родительской особи.

В половом размножении обычно участвуют 2 особи, и в результате слияния женских (яйцеклетки) и мужских (спермии, или сперматозоиды) гамет (от греч. gamos – брак) образуется зигота (от греч. zygota – спаренная), которую можно рассматривать как новый организм в самом начале его развития.

При бесполом размножении обычно не образуется каких-либо специализированных клеток и новому организму дают начало соматические (телесные) клетки. Половое размножение обуславливается рядом сложных и взаимосвязанных цитогенетических, физиолого-биохимических и морфологических явлений (половые различия клеток, распределение генетической информации в ряду поколений организмов, различия между полами, развитие и строение копулятивных органов, физиологические особенности женских и мужских организмов и т.д.).

В ходе исторического развития живой природы половое размножение организмов в растительном и животном мире стало доминирующим. Это не случайно, т.к. половое размножение по сравнению с бесполым имеет ряд существенных преимуществ:

1) достигается более высокий коэффициент размножение, т.е. возникает большее количество зачатков новых особей;

2) происходит полное обновление организмов в связи с объединением материнской и отцовской генетической информации, что является постоянным источником наследственной изменчивости, имеющей особое значение для эволюционной пластичности видов, а также расширяет адаптивные возможности последних к абиотическим и биотическим условиям и гарантирует больший успех в борьбе за существование

Два способа деления клеток - митоз и мейоз.

Мейоз – особый тип клеточного деления, которое происходит на определенных этапах жизненного цикла организмов, размножающихся половым путем. Этот процесс обеспечивает равномерное распределение генетического материала в ряду поколений организмов и через кроссинговер значительно увеличивает комбинативную наследственную изменчивость.

Как только стали известны основные черты полового размножения, роль хромосом в наследственности и особенности митоза, биологическое значение которого заключается в распределении генетического материала в ряду клеточных поколений, многие исследователи предсказывали, что происходящее при оплодотворении удвоение числа хромосом должно в каждом поколении как-то устраняться противоположным процессом. Если бы организмы производили гаметы с диплоидным числом хромосом при половом воспроизведении в каждом поколении число хромосом удваивалось бы. При этом самовоспроизведение вида было бы невозможным, т.к. каждое поколение было бы представлено совершенно новыми формами. Однако этого не наблюдается, потому что образуются гаметы с уменьшенным (редуцированным) числом хромосом и после их слияния в процессе оплодотворения восстанавливается диплоидный набор хромосом, характерный для данного вида. Таким приспособлением явился особый тип клеточного деления – мейоз.

Т.о., мейоз – это редукционное деление (происходит уменьшение числа хромосом вдвое), в результате которого образуются гаметы.

Молекулярные основы наследственности.

Период между открытием единиц наследственности и выявлением их материальной сущности был довольно длительным.

ДНК была открыта швейцарским врачом и химиком Р.Мишером еще в 1868г., т.е. всего через 3 года после опубликования работ Менделя, знаменующего собой рождение генетики как науки. Понадобилось около 80 лет, чтобы установить роль ДНК как главного носителя наследственной информации.

Генетическим материалом живых организмов являются нуклеиновые кислоты, в большинстве случаев ДНК и, как исключение, РНК. Косвенно такое заключение подтверждают данные о неизменности и видоспецифичности содержания и состава ДНК в клетках животных и растений, а также факт снижения в 2 раза количества ДНК в гаплоидных гаметах с восстановлением его исходного уровня в диплоидной зиготе.

Нуклеиновые кислоты представляют собой макромолекулы, образованные повторяющимися структурами – нуклеотидами. Каждый нуклеотид состоит из 3 компонентов:

– циклического азотсодержащего соединения – основание: урацил (только в РНК), тимин (только в ДНК), цитозин, гуанин, аденин;

– сахар – пентоза;

– фосфорная кислота.

Функции нуклеиновых кислот:

1) самовоспроизведение (аутокаталитическая) – способность ДНК к редупликации, или самоудвоению;

2) хранение информации (гетерокаталитическая) – определяет способность ДНК кодировать генетическую информацию, необходимую для того, чтобы образующееся потомство сохранило видовые признаки родителей;

3) реализация этой информации в процессе роста новых клеток.

Процесс воспроизводства состоит из трех частей:

1) репликация – цепи ДНК способны к раскручиванию и последующему частичному разделению вследствие разрыва водородных связей в каждой комплементарной паре оснований. Образовавшиеся одноцепочечные участки родительской молекулы могут служить матрицей, к которой на основе комплементарности оснований присоединяются соответствующие нуклеотиды. Эти нуклеотиды скрепляются между собой фосфодиэфирными связями с образованием новой цепи, комплементарной родительской. Т.к. этот процесс происходит на каждой разделившейся цепи исходной молекулы, то в результате образуются двухцепочечные структуры, идентичные родительской ДНК.

2) транскрипция – синтез одной цепи м-РНК по матрице ДНК;

3) трансляция м-РНК на рибосомах, т.е. сборка аминокислот в полипептидную цепь на матрице м-РНК.

В клетках эукариот эти процессы отделены друг от друга в пространстве и во времени, поскольку первый происходит в ядре, откуда синтезированная м-РНК поступает в цитоплазму, а затем начинает транслироваться на рибосомах. У прокариот эти процессы не разобщены.