Управление биологическими процессами. Генные технологии

Генные технологии основаны на методах молекулярной биологии и генетики, связанных с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов. Генные технологии зарождались в начал 70-х гг. XX в. как методы рекомбинантных ДНК, названные генной инженерией. Основная операция генной технологии заключается в извлечении из клеток организма гена, кодирующего нужный продукт, или группы генов и соединение их с молекулами ДНК, способными размножаться в клетках другого организма. Современные генные технологии объединяют химию нуклеиновых кислот и белков, микробиологию, генетику, биохимию и открывают новые пути решения многих проблем биотехнологии, медицины и сельского хоз-ва. Основная цель генных технологий - видоизменять ДНК, закодировав ее для про-ва белка заданными св-вами. Современные экспериментальные методы позволяют анализировать и идентифицировать фрагменты ДНК и генетически видоизмененной клетки, в которые введена нужная ДНК. Над биологическими объектами осуществляются целенаправленные химические операции, что и составляет основу генных технологий. 

Трансгенные живые организмы.

Генные технологии основаны на методах молекулярной биологии и генетики, связанных с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов. Основная цель генных технологий - видоизменять ДНК, закодировав ее для про-ва белка заданными св-вами.

Проводится целенаправленная работа по генетической модификации св-в микробов, используемых в про-ве хлеба, сыроварении молочной промышленности, пивоварении и виноделии, чтобы увеличить устойчивость производственных штаммов, повысить их конкутрентоспособность по отношению к вредным бактериям и улучшить качество конечного продукта. Генетически модифицированные микробы приносят пользу в борьбе с вредными вирусами и микробами и насекомыми. В результате модификации тех или иных растений можно повысить их устойчивость к инфекционным заболеваниям. Так, в Китае устойчивые к вирусам табак, томаты т сладкий перец выращивают на больших площадях. Известны трансгенные томаты, устойчивые к бактериальной инфекции, картофель и кукуруза, устойчивые к грибкам. В настоящее время трансгенные растения промышленно выращиваются в США, Аргентине, Канаде, Австрии, Китае, Испании, Франции и других странах. С каждым годом все увеличиваются площади под трансгенными растениями. Особенно важно использовать трансгенные растение в станах Азии и Африки, где наиболее велики потери урожая от сорняков, болезней и вредителей и в то же время больше всего не хватает продовольствия.  

Клонирование и терапевтическое клонирование.

Клонирование – точное воспроизведение того или иного живого объекта в каком-то кол-ве копий. Воспроизведенные копии обладают идентичной наследственной информацией, т.е. имеют одинаковый набор генов.

Современные представления о происхождении жизни на Земле

Современные представления о происхождении видов живых организмов.

1.в основе эволюции лежат генетические изменения.

2.мутации представляют собой источник изменчивости живых организмов мелкие(точечные); крупные(хромосомные). Мелкие мутации дают материал для естественного отбора. Крупные могут быть губительны. Мутации случайны.

3.центральная догма молекулярной биологии – молекула ДНК. Генетическая информация передается в одном направлении ДНК   РНК  белок.

4.эволюция – изменение частот генов.

5.эволюц изменения могут происходить в результате мутаций, дрейфа генов, естественного отбора, поступления оттока генов популяций

6.эти принципы достаточны, чтобы объяснить адоптацию к условиям жизни всех видов живых организмов.

Эволюция биосферы

Биосфера – это область распространения жизни на Земле как целостной, активной и динамичной сис-мы, кот охватывает нижнюю часть атмосферы, практически всю гидросферу и верхнюю часть литосферы. Целостное учение о биосфере и протекающих в ней процессах было создано и развито акад. В.И. Вернадским. Биосфера возникла с появлением жизни на Земле. 3,6 – 3,8 млрд. лет – жизненный возраст биосферы. 1016 кг – масса биосферы

Эволюция биосферы: появление простейших клеток-прокариотов; появление значительно более высокоорганизованных клеток-эукариотов; объединение клеток-эукариотов с образованием многоклеточных организмов, функциональная дифференциация клеток в организмах; появление организмов с твердыми скелетами, открывшее путь к образованию высших животных; возникновение у высших животных развитой нервной сис-мы и формирование мозга как центра сбора, переработки, хранения информации и управления на ее основе функционированием и поведением организмов; формирование разума как высшей формы деятельности мозга; образование социальной общности людей – носителей разума.

Вершиной направленного развития биосферы стало появление в ней человека, открывшего эру становления на Земле разума. В истории Земли был период чисто геологической эволюции, его сменил период геолого-биологической эволюции, а с появлением человека открылся период психогенеза – духовной эволюции.

Роль организмов в эволюции биосферы.

1. криптозой

архей (3,6 – 2,6 млрд лет тому назад)

господство одноклеточных(сине-зеленые водоросли, прокариоты)

протерозой (2,6млрд. – 600 млн. л. т. н.)

низшие формы растений, колонии организмов, эукариоты

возникновение фотосинтеза привело к накоплению в воде и атмосфере свободного кислорода, благодаря чему возник и начал развиваться процесс аэробного дыхания – одна из основ прогрессивной эволюции живых организмов Земли.

2.    фанерозой 

2.1 палеозой процветание всех отделов водорослей и морских беспозвоночных. Наиболее распространены трилобиты.

2.1.3 силур(440 млн. л. т. н.) выход растений на сушу – появление псилофитов. Появление первых наземных беспозвоночных; в морях – первых позвоночных (бесчелюстных щитковых).

2.1.4 девон(400 млн. л. т. н.) папортникообразные, первые земноводные – стегоцефалы.

2.1.5 карбон(350 млн. л. т. н.) расцвет земноводных, появление первых пресмыкающихся, первые крылатые насекомые, пауки, скорпионы.

2.1.6 пермь(280 – 230 млн. л. т. н.) распространение голосеменных растений, развитие пресмыкающихся, насекомых.

2.2  мезозой

2.2.1 триас(230 млн. л. т. н.)

развитие голосеменных и пресмыкающихся(динозавры), появление первых млекопитающих, настоящих костистых рыб.

2.2.2 юрский(190 млн. л. т. н.)

господство голосеменных растений, появление первых птиц; первых покрытосеменных растений.

2.2.3 меловой(65-70 млн. л. т. н.)

распространение покрытосеменных растений, широкое распространение насекомых; постепенное вымирание рептилий(динозавров)

2.3  кайнозой

2.3.1 палеогеновый(60 млн. л. т. н.)

появление парапитеков и дриопитеков

2.3.2 неогеновый(25 млн. л. т. н.)

современные семейства млекопитающих, господство покрытосеменных растений

2.3.3 антропогеновый(2,5 млн. л. т. н.)

появление и развитие человека

Известковые скелеты беспозвоночных образовали осадочные породы(мел, известняк). Отмирание сине-зеленых и красных водорослей способствовало отложению кальция. Некот виды водорослей и губок обусловили накопление кремнезема. Каменный уголь образовался из растительных остатков, нефть – из планктона древних морей и других водоемов. В процессе эволюции живые организмы обособлялись от непосредственной зависимости от среды. Первые организмы(бактерии, водоросли были как бы погружены в питательную среду). Постепенно появились многоклеточные организмы, менее зависимые от изменения внешней среды и имеющие свою внутреннюю среду. Эти многоклеточные организмы обладают сис-мами органов, регулирующими жизненные процессы. Через нервную сис-му осуществляется связь организма с внешней средой. Биоценоз. Деревья и травы, образующие лес, и обитающие в нем насекомые, а также разнообразные грибы, бактерии и водоросли, живущие в почве, - все объединены между собой круговоротом в-в и энергии, кот осуществляется через пищевые и другие связи. Растительное сообщество вместе с обитателями образуют биоценоз. Биоценозы имеют определенный видовой состав и биомассу – общее количество живого органического в-ва, выраженное в единицах массы. Биоценозы существуют в неразрывной связи с абиотической средой. Популяция. Естественная совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, кот длительно существуют на относительно обособленной территории, называют популяцией. Популяции имеют сложную стр-ру по полу и возрасту, различны по занимаемой площади и числу особей. Численность популяции может резко колебаться по сезонам и годам. Популяция, хотя и обладает потенциальной возможностью неограниченного увеличения численности, обычно насчитывает столько особей, сколько их может прокормиться на занимаемой территории. Например: годы, урожайные для хвойных, отличаются высокой численностью кедровок, белок и соболей, питающихся их семенами.

Главный фактор, определяющий единство популяции и ее обособленность от других, - свободное скрещивание особей. Отсюда большое сходство особей внутри одной популяции по сравнению с особями других популяций. Обособленность популяций поддерживается географической (горы, реки, пустыни) и биологической (разные сроки цветения или спаривания, половая несовместимость и др.) изоляцией. В популяции происходят все первичные эволюционные процессы, это основная единица эволюции. Биосфера – единый живой организм. Многообразие видов живых организмов. Коэволюция – взаимное развитие видов.

Постепенные изменения сменялись резким исчезновением одних видов и расцветом других. Общая тенденция: из основного «древа жизни» развитие многообразия организмов. Главный элемент – популяция (изолирование за счет физико-биологических условий)

взаимное приспособление (симбиоз)живые организмы:

· продуценты (растения, грибы) «производители»

· консументы (животные, человек, некот виды растений) «потребители»

·

· редуценты (бактерии, грибы) разлагают органическое в-во до неорганического круговороты органического в-ва.

В биосфере постоянно идут круговороты в-в. (хим. и др.); обмен энергией. На Земле ежегодно производится и разрушается 1012 т живого в-ва. Такой интенсивный кругооборот в-в, создавший биосферу и определяющий ее устойчивость и целостность, связан с жизнедеятельностью всей биомассы планеты. В отличие от мертвой материи живое в-во способно к аккумулированию энергии, к размножению и обладает огромной скоростью реакций.

Последние 600 млн. лет, с начала палеозойской эры, характер основных круговоротов существенно не менялся. Шло накопление кислорода, связывание азота, осаждение кальция, накопление фосфора и т. д. Менялись лишь скорости этих процессов. Стабильное состояние биосферы в первую очередь обусловлено деятельностью самого живого в-ва. Жизнь на Земле невозможна без круговорота в-в.