Среды обитания живых организмов

Существование человека, как и любого другого живого организма, невозможно вне среды его обитания.

Среда обитания живых организмов — это та часть пространства, которая окружает данный организм или группу организмов и воздействует на него определенным образом различными факторами.

Любой организм испытывает воздействие неорганических и органических составляющих природы и приспосабливается к этим воздействиям. Так, некоторые животные приспособились к низким температурам и могут нормально существовать в районах Крайнего Севера (песцы, белые медведи), а другие способны жить только в тропиках. На определенной территории, в одинаковых климатических условиях проживают определенные группы организмов, приспособленные к существованию в данной среде обитания. На планете Земля различают следующие виды сред обитания: наземно-воздушная, водная, наземная, наземно-водная, почвенная (эдафическая), живой организм, которые характеризуются специфическими признаками.

Названные выше среды обитания различаются по агрегатному состоянию, плотности, наличию и различному содержанию кислорода и другим параметрам.

Наземно-воздушная среда характеризуется тем, что она является газообразной (ее воздушная часть) и твердой (наземная часть). На поверхности земли организмы укрепляются (растения, некоторые грибы) или строят убежища (животные). В воздухе организмы находят пищу и кислород. Это аэробная среда, в которой осуществляется интенсивный обмен газов и воды, а воду, необходимую для жизнедеятельности живых существ, необходимо добывать и сохранять. Поэтому живущие в этой среде организмы приспособлены к добыванию и сохранению влаги, а животные обладают способностью к достаточно быстрому и активному перемещению. В этой среде живут птицы, многие виды членистоногих (например насекомые), млекопитающие, различные виды покрытосеменных и т. д.

Водная среда характеризуется жидким агрегатным состоянием и в зависимости от глубины может быть как аэробной (поверхностные слои различных водоемов), так и анаэробной (на больших глубинах океана, в водоемах с высокой температурой). Эта среда плотнее, чем воздушная, но более благоприятная с позиций добычи организмом воды и ее сохранения в нем. Водная среда более богата пищевыми ресурсами. В ней в далеком геологическом прошлом зародилась жизнь (по образному выражению «океан является колыбелью жизни»), В этой среде формы организмов многообразны, и существуют организмы, которые дышат как растворенным в воде кислородом, так и кислородом, содержащимся в атмосфере; живут в этой среде анаэробные организмы. В водной среде живут различные простейшие, водоросли, рыбы, членистоногие, моллюски, иглокожие и представители других типов и классов животного и растительного мира.

Водно-наземная (наземно-водная) среда является пограничной средой и сочетает в себе свойства наземной и водной среды. Она смешана и по агрегатному состоянию, являясь твердой (наземная) и жидкой (водная). Эта среда явилась причиной возникновения особой формы организмов (амфибий или земноводных), которые сочетают признаки и водных, и наземных животных. Эти животные способны дышать и атмосферным воздухом, и кислородом, растворенным в воде, цикл их жизни тесно связан с водной средой. Некоторые организмы, живущие в этой среде, дышат только атмосферным кислородом, но добывают пищу в водной среде. Данная среда является «комфортной» с точки зрения добычи воды организмом. В этой среде живут разнообразные виды и животных, и растений. К ним относятся растения-гигрофиты, которые принадлежат к разным классам. Среди животных в этой среде обитают различные виды млекопитающих, птиц, членистоногих, амфибий и др.

Наземная среда характеризуется тем, что животные живут на поверхности земли в нижней части воздушного океана, как правило, вдали от водоемов. Эта среда характеризуется твердым агрегатным состоянием субстрата, но газообразным состоянием местообитания, разнообразным водным режимом, т. е. условия этой среды весьма многообразны, что определяет многообразие приспособлений организмов к этой среде. В ней проживают многочисленные виды простейших, грибов, лишайников, водорослей, высших растений, птиц, зверей и т. д. Условия жизни в наземной среде часто напоминают таковые для воздушно-наземной среды, но отличаются от последней тем, что организмы всю свою жизнь проводят на поверхности земли, а не в воздухе.

Специфической средой обитания является эдафическая — почва и более глубокие слои заселенной организмами литосферы. Эта среда твердая, трудная для перемещения, характеризуется отсутствием света, насыщена молекулярным кислородом, может содержать капельножидкую воду, способную быть средой обитания простейших, богата минеральными солями и различными органическими веществами. Эта среда очень благоприятна для жизнедеятельности различных организмов, поэтому является плотно заселенной средой обитания. В ней живут разнообразные представители типа простейших, различные водоросли, грибы, многообразные виды червей, моллюсков, различные представители высших животных. Почва является субстратом различных видов высших растений, для которых характерна наземная среда.

Живой организм как среда обитания других организмов представляет собой специфическую среду обитания для паразитических организмов. Это, как правило, среда, лишенная молекулярного кислорода, поэтому в ней живут преимущественно анаэробные организмы. Паразитические организмы могут жить и внутри, и вне организма, условия их жизни могут быть весьма разнообразными, поэтому формы таких организмов также многообразны. В данной среде нет необходимости добывать и отыскивать питательные вещества, что налагает определенный отпечаток на строение подобных организмов. В этой среде живут различные болезнетворные организмы, а также некоторые организмы, которые вступают с организмом-хозяином во взаимно-полезное сожительство (примером последних являются клубеньковые бактерии, обитающие в корневых системах бобовых растений).

Часть 2

Приспособленность - соответствие признаков организма (внутреннего и внешнего строения, физиологических процессов, поведения) среде обитания, позволяющее выжить и дать потомство. Например, водные животные имеют обтекаемую форму тела; лягушку делает незаметной на фоне растений зеленая окраска спины; ярусное расположение растений в биогеоценозе дает возможность эффективно использовать солнечную энергию Для фотосинтеза. Приспособленность помогает выжить организмам в тех условиях, в которых она сформировалась под влиянием движущих сил эволюции. Но и в этих условиях она относительна. Белая куропатка а солнечный день выдает себя тенью. Заяц-беляк, незаметный на снегу, хорошо виден на фоне темных стволов

. Так, человеку давно известно о важности защитной окраски для птиц, а также их птенцов и яиц в особенности. У глухарей, тетеревов и куропаток (открыто гнездящихся) скорлупа яиц практически идеально сливается с фоном окружающей их местности. В общем-то, спина самки также неотличима от окружающего пейзажа при взгляде со стороны. Тем интереснее то обстоятельство, что самки и яйца птиц, которые гнездятся в дуплах и прочих скрытых местах, нередко имеют весьма яркую окраску (те же попугаи, к примеру).

Насекомые. Всем известно поразительное сходство палочников с сухими веточками. Некоторые исследования в этой области до сих пор используются военными в области создания «лесных» камуфлирующих костюмов. Впрочем, тела многих гусениц очень напоминают веточки, а крылья бабочек могут сойти за листья деревьев той местности, где они обитают. Здесь нужно отметить, что в этом случае наблюдается гармоничное сочетание покровительственной формы тела и покровительственной же окраски. Некоторых бабочек, когда те сливаются с окружающей их местностью, сложно отличить от листьев даже в упор. Если вы более-менее знаете биологию, то прекрасно себе представляете все многообразие класса насекомых. Попадая в лес или поле, вы видите не более 2-3% от всего их количества. Остальные попросту маскируются. Но! Не следует считать, что примеры приспособленности организмов ограничиваются банальной маскировкой. Вспомните о приспособительной окраске, когда ярко окрашенные, «цветастые» насекомые как раз-таки не пользуются популярностью у хищников, так как те прекрасно знают об их резко отрицательных пищевых качествах. Так, синица или воробей, пару раз попытавшись в молодости закусить клопом-солдатиком, до конца жизни запоминают их едкий, ядовитый вкус. Кроме того, черты приспособленности организмов к среде включают в себя и мимикрию. Явление это напоминает покровительственную окраску, но «наоборот». Так, некоторые беззащитные и съедобные виды отлично могут подражать тем насекомым, которые ядовиты или имеют отвратительный вкус. К примеру, осовидные мухи сильно похожи на ос, которых боятся даже многие птицы. Все этого говорит о том, что приспособленность организмов к условиям среды носит как раз-таки приспособительный, адаптационный характер.

Все это можно увидеть и на примере высших млекопитающих. Окраска зебр нам кажется яркой и даже несколько нелепой, вот только она идеально повторяет чередование света и тени в зарослях травы, что позволяет этим животным отлично маскироваться в саванне. Очевидцы подтверждают, что неподготовленные люди порой не замечают зебр даже на открытой местности, с расстояния всего 50-70 м.

если животное или растение могут пережить резкую смену климата или прочих условиях, то именно его потомки станут наиболее распространенными. Таким образом, основной причиной возникновения у живых существ каких-то новых приспособлений является именно естественный отбор. Давайте покажем это на практическом примере, обсудив жизнь семейства тетеревиных птиц, которые обитают в нижнем пологе леса.

Вопрос №2

Ткань – это группа сходных по строению и функциям клеток и межклеточное вещество, выделяемое этими клетками.

В теле животных имеются следующие виды тканей: эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная.

Эпителиальные ткани образуют покровы, выстилают полости тела и внутренних органов. Разные эпителиальные ткани состоят из одного или нескольких слоев плотно прилегающих клеток и почти не содержат межклеточного вещества. Они выполняют защитную, секреторную, газообменную, всасывающую и некоторые другие функции (рис. 1, А) в организмах животных.

Они защищают тело животного от ударов, повреждений, перегрева, переохлаждения.

В покрывающей тело позвоночных животных коже находятся железы. Сальные железы у птиц и млекопитающих выделяют жирный секрет, смазывающий перья, шерсть, придающий им эластичность и препятствующий намоканию. У зверей есть потовые, пахучие и млечные железы.

Эпителий кишечника всасывает питательные вещества. Эпителий, выстилающий органы дыхания, участвует в газообмене; эпителий органов выделения участвует в удалении из организма вредных продуктов обмена веществ.

Соединительные ткани состоят из сравнительно небольшого числа клеток, разбросанных в массе межклеточного вещества (рис. 1, Б), и выполняют опорную, поддерживающую, защитную и связывающую функции. Из этих тканей состоят хрящи, кости, сухожилия, связки.

Соединительная ткань, входящая в состав скелета, поддерживает тело, создает его опору, защищает внутренние органы. В жировой соединительной ткани откладываются запасные питательные вещества в виде жира. Своеобразная соединительная ткань – кровь – обеспечивает внутреннюю связь между органами: от легких ко всем органам и тканям переносит кислород, а от них к легким – углекислый газ, доставляет питательные вещества от кишечника ко всем органам, а далее – к органам выделения вредных продуктов обмена веществ.

Мышечные ткани состоят из вытянутых клеток, которые принимают раздражение от нервной системы и отвечают на него сокращением (рис. 1, В). Благодаря сокращению и расслаблению скелетных мышц происходит передвижение животных и перемещение отдельных частей их тела. Мышцы придают форму телу, поддерживают, защищают внутренние органы.

Внутренние органы имеют гладкую мышечную ткань, состоящую из вытянутых клеток с палочковидными ядрами.

Поперечно-полосатая мышечная ткань у млекопитающих образует скелетные мышцы. Мышечные волокна ее длинные, многоядерные, имеют хорошо заметную поперечную исчерченность.

Нервные ткани образуют нервную систему, входят в состав нервных узлов, спинного и головного мозга. Они состоят из нервных клеток – нейронов, тела которых имеют звездчатую форму, длинные и короткие отростки (рис. 1, Г). Нейроны воспринимают раздражение и передают возбуждение к мышцам, коже, другим тканям, органам. Нервные ткани обеспечивают согласованную работу организма.

У многоклеточных животных одинаковые по строению и функциям группы клеток образуют ткани. У животных существуют эпителиальные, соединительные, мышечные, нервные ткани.

Вопрос №3

В книге найди

Билет №13 Вопрос №1

Отксерила с книги.

Значение в процессе биосинтеза белка:

Генетическая информация о структуре специфических белков, закодированная в ДHK, переносится из ядра в цитоплазму с помощью молекул РНК. В цитоплазме осуществляется биосинтез белка на рибосомах. Образующиеся белки определяют признаки клетки, а вместе с тем целого организма. Так происходит экспрессия (проявление) генетической информации.

Непосредственное участие в биосинтезе белка принимают молекулы РНК трех видов: транспортная РНК (тРНК), рибосомная РНК (рРНК) и матричная, или информационная PНK (мРНК). Количество РНК в каждой клетке находится в прямой зависимости от количества вырабатываемого белка. Все виды РНК синтезируются непосредственно на ДНК, которая служит матрицей

1. Транскрипция – это процесс синтеза и-РНК на матрице ДНК. Цепи ДНК в области активного гена освобождаются от ги-стонов. Водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями разрываются. Основной фермент транскрипции РНК-полимераза присоединяется к промотору – специальному участку ДНК. Транскрипция проходит только с одной (кодоген-ной) цепи ДНК. По мере продвижения РНК-полимеразы по кодо-генной цепи ДНК рибонуклеотиды по принципу комплементарности присоединяются к цепочке ДНК, в результате образуется незрелая про-и-РНК, содержащая как кодирующие, так и некоди-рующие нуклеотидные последовательности.

2. Затем происходит процессинг – созревание молекулы РНК. На 5-конце и-РНК формируется участок (КЭП), через который она соединяется с рибосомой. Ген, т. е. участок ДНК, кодирующий один белок, содержит как кодирующие последовательности нуклеотидов – экзоны, так и некодирующие – интроны. При про-цессинге интроны вырезаются, а экзоны сшиваются. В результате на 5-конце зрелой и-РНК находится кодон-инициатор, который первым войдет в рибосому, затем следуют кодоны, кодирующие аминокислоты полипептида, а на 3-конце – кодоны-терминато-ры, определяющие конец трансляции. Цифрами 3 и 5 обозначаются соответствующие углеродные атомы рибозы. Кодоном называется последовательность из трех нуклеотидов, кодирующая какую-либо аминокислоту – триплет. Рамка считывания нуклеиновых кислот предполагает «слова»-триплеты (кодоны), состоящие из трех «букв»-нуклеотидов.

Транскрипция и процессинг происходят в ядре клетки. Затем зрелая и-РНК через поры в мембране ядра выходит в цитоплазму, и начинается трансляция.

3. Трансляция – это процесс синтеза белка на матрице и РНК. В начале и-РНК 3-концом присоединяется к рибосоме. Т-РНК доставляют к акцепторному участку рибосомы аминокислоты, которые соединяются в полипептидную цепь в соответствии с шифрующими их кодонами. Растущая полипептидная цепь перемещается в донорный участок рибосомы, а на акцепторный участок приходит новая т-РНК с аминокислотой. Трансляция прекращается на кодонах-терминаторах. Генетический код - это система кодирования последовательности аминокислот белка в виде определенной последовательности нуклеотидов в ДНК и РНК.

Единица генетического кода (кодон) – это триплет нуклеоти-дов в ДНК или РНК, кодирующий одну аминокислоту.

Всего генетический код включает 64 кодона, из них 61 кодирующий и 3 некодирующих (кодоны-терминаторы, свидетельствующие об окончании процесса трансляции).

Кодоны-терминаторы в и-РНК: УАА, УАГ, УГА, в ДНК: АТТ, АТЦ, АЦТ.

Начало процесса трансляции определяет кодон-инициатор (АУГ, в ДНК – ТАЦ), кодирующий аминокислоту метионин. Этот кодон первым входит в рибосому. Впоследствии метионин, если он не предусмотрен в качестве первой аминокислоты данного белка, отщепляется.

Генетический код обладает характерными свойствами:

1. Универсальность – код одинаков для всех организмов. Один и тот же триплет (кодон) в любом организме кодирует одну и ту же аминокислоту.

2. Специфичность – каждый кодон шифрует только одну аминокислоту.

3. Вырожденность – большинство аминокислот могут кодироваться несколькими кодонами. Исключение составляют 2 аминокислоты – метионин и триптофан, имеющие лишь по одному варианту кодона.

4. Между генами имеются «знаки препинания» – три специальных триплета (УАА, УАГ, УГА), каждый из которых обозначает прекращение синтеза полипептидной цепи.

5. Внутри гена «знаков препинания» нет.

Вопрос №2

Строение и работа сердца

Сердце - главный орган кровеносной системы. От сердца отходят кровеносные сосуды - артерии, вены и капилляры, которые направлены во все органы и ткани организма. Через сердце протекает вся кровь и постоянно находится в непрерывном круговом движении. Двигаясь по артериям, кровь по венам обратно возвращается в сердце. Сердце находится в грудной полости, заключено в околосердечную сумку (перикард) и имеет толстую стенку, которая делится на три слоя. Эндокард - это внутренний слой. Миокард - это средний слой, самый мощный. Наружный, соединительно – тканевый называется эпикард. Основу миокарда составляет мышечная ткань особого типа. По структуре своей она относится к поперечно – полосатым мышцам, то есть таким, которые должны подчиняться воле человека. Однако миокард сокращается под воздействием импульсов, возникающих в самом сердце, и управлять этими импульсами человек не может. Сердце состоит из двух частей. Каждая часть состоит из двух камер — предсердия и желудочка. Работа желудочка – продвигать кровь через сердце. Предсердия представляют небольшие резервуары перед входом в желудочки. Между предсердиями и желудочками находятся отверстия, они открываются и закрываются при помощи клапанов. Сердце работает при сокращении и расслаблении мышц предсердий и желудочков. При сокращении сердечная мышца выталкивает кровь из сердца в артерии, сердце расслабляется и в него поступает новая порция крови. Сердце взрослого человека в нормальных условиях сокращается шестьдесят раз за одну минуту, прогоняя, при этом пять литров крови. Сердечный цикл начинается с того, что в особом участке, расположенном в стенке правого предсердия сбоку от устья верхней половой вены, возникает возбуждение. Этот участок называется синусовый узел. В это время предсердия и желудочки расслаблены и наполнены кровью. Возбуждение, возникшее в синусовом узле, по трем проводящим пучкам специальной ткани распространяются на предсердия, в результате чего, предсердия сокращаются, и в желудочки поступает дополнительное количество крови. Возбуждение распространяется дальше и достигает другого узла, который находится между правым предсердием и желудочками. Желудочки начинают сокращаться, сокращение усиливается, и давление в желудочках начинает превышать давление в предсердиях. Клапаны закрываются. Начинается фаза изометрического сокращения желудочков, объем их не изменяется, а давление растет до тех пор, пока не становится больше, чем давление в сосудах, выходящих из сердца, в аорте и легочной артерии. Под этим давлением открываются клапаны, расположенные на выходе сосудов из сердца. Кровь из сердца выбрасывается в эти сосуды. Все эти фазы называются систолой сердца. На деятельность мышцы сердца воздействует нервная система, но и часть мышц организма помогают сердцу, при сокращении, выдавливая кровь в лимфу, из мелких сосудов и перегоняют застоявшуюся кровь. Сердце снабжается кровью по двум коронарным артериям. Каждая из них имеет длину примерно десять сантиметров, а по толщине они не больше человеческого волоса. Коронарные артерии, как и все другие артерии, ветвятся на все более мелкие, и каждая такая артерия снабжает свой участок сердечной мышцы. За сутки через все коронарные артерии протекает не менее пятисот литров крови.

Рис. 13. Проводящая система сердца (схема): 1 – синоатриальный узел; 2 – атриовентрикулярный узел; 3 – пучок Гиса; 4 и 5 – правая и левая ножки пучка Гиса; 6 – волокна Пуркинье.

Различают 2 вида регуляции: нервную и гуморальную.
Нервная регуляция чрезвычайно сложна и замечательно продумана. Симпатическая нервная система ускоряет сокращения сердца, увеличивает силу, повышает возбудимость миокарда и усиливает проводимость по нему импульса, а парасимпатическая - урежает, уменьшает, снижает, ослабляет.
Самый первый и элементарный уровень регуляции – внутрисердечный. Отростки нейронов, залегающие в толще сердечной стенки, образуют внутрисердечные сплетения, окончаниями которых «нашпигован» каждый кубический миллиметр ткани. Существуют даже...внутрисердечные рефлексы с собственными чувствительными, вставочными и двигательными нейронами. Именно на этом уровне решаются два важнейших условия нормальной работы сердца. Первое, открытое немцем О. Франком и англичанином Е.Старлингом. получило название «Закона сердца» и заключается в том, что сила сокращения волокон миокарда прямо пропорциональна величине их растяжения. Это значит, что чем больше к сердцу за диастолу притечет крови, тем сильнее оно сократится, чем больший ее объем растягивает сердечные камеры. Тем активнее, напряженнее будет их систола. Второй уровень регуляции – эффект Анрепа – обеспечивает усиление сердечного сокращения в ответ на повышение периферического сопротивления сосудов, иначе говоря, на скачок артериального давления. Т.е. и в том и в другом случае сердце ведет себя адекватно гемодинамической нагрузке. Это первый уровень нервной регуляции. Второй – спинной мозг. Здесь заложены двигательные (эфферентный или центробежные) нейроны, аксонами своими иннервирующие сердце
Третий уровень – продолговатый мозг. Из него берет начало главный парасимпатический нерв – блуждающий с его " минусовыми " влияниями на сердце. Во-вторых, в нем заложен симпатический по природе сосудодвигательный центр. Одна часть которого (прессорная зона) стимулирует симпатическое действие нейронов спинного мозга, а другая (депрессорная) – подавляет его.
Продолговатый мозг курируется четвертым уровнем – ядрами гипоталамуса. На этом этапе осуществляется нечто очень важное: координация сердечной деятельности с другими процессами жизнедеятельности.
Пятым уровнем регуляции является кора больших полушарий, но при ее удалении сбоев в работе сердца не происходит. Вот тебе и наивысшее звено!
Гуморальная регуляция связана с влиянием некоторых веществ, таких как гормоны, электролиты, растворенные газы, гормон стресса адреналин. Такие гормоны как глюкагон, тироксин, глюкокортикоиды, ангиотензин, серотонин, соли кальция вызывают учащение и усиление сердцебиений, а также сужение сосудов. Напротив. Ацетилхолин, ионы калия, недостаток кислорода, закисление внутренней среды приводят к снижению сократимости миокарда, а простагландины, брадикинин, гистамин, АТФ имеют обратный эффект.
Упрощенно схему нервной регуляции функционирования сердца можно представить так: кора больших полушарий - гипоталамические ядра – сосудодвигательный центр и ядра блуждающего нерва в продолговатом мозге – спинной мозг – внутрисердечные сплетения. Благодаря такой системе сердце испытывает безусловнорефлекторные симпатические и парасимпатические. А также условнорефлекторные влияния. Посредством гормонов, электролитов и т.д. осуществляется гуморальная регуляция сердечной деятельности.

Таблица. Нейрогуморальная регуляция деятельности сердечно-сосудистой системы

Фактор	Сердце	Сосуды	Уровень кровяного давления
Симпатическая нервная система	учащает ритм и усиливает сокращения	суживает	повышает
Парасимпатическая нервная система	замедляет ритм и ослабляет сокращения	расширяет	понижает
Адреналин	учащает ритм и усиливает сокращения	суживает (кроме сосудов сердца)	повышает
Ацетилхолин	замедляет ритм и ослабляет сокращения	расширяет	понижает
Тироксин	учащает ритм	суживает	повышает
Ионы кальция	учащают ритм и ослабляют сокращения	суживают	понижают
Ионы калия	замедляют ритм и ослабляют сокращения	расширяют	понижают

Работа сердца связана и с деятельностью других органов. Если возбуждение в центральную нервную систему передается от работающих органов, то из центральной нервной системы оно передается на нервы, усиливающие функцию сердца. Так рефлекторным путем устанавливается соответствие между деятельностью различных органов и работой сердца.

Вопрос №3

Название	Листья	Стебель	Корень	Цветы	Плоды
Яблоня лесная	Слегка покрытые волосками, либо гладкие листья имеют яйцевидную форму, зазубренны, длиной от 4 до 8 см.	Преимущественно высокие кустарники от 3 до 5 метров высотой, хотя встречаются и деревья высотой до 10 м. Крона плотная. Кора бурая.	Стержневая корневая система	Розовато-белы цветки	Шарообразные жёлто-зелёные с пятном красного цвета плоды горько-кислого и деревянистого вкуса имеют диаметр от 2 до 4 см
Яблоня домашняя	с яйцевидными листьями, заостренными, городчатыми, голыми или снизу пушистыми.	с раскидистой кроной. высотой 3-12 м,	Стержневая корневая система	Цветки душистые, бело-розовые, со многими тычинками, нижней пятигнездной завязью. Цветки душистые, бело-розовые, со многими тычинками, нижней пятигнездной завязью.	Плоды (яблоки) сочные, разнообразной окраски и вкуса в зависимости от сорта.

Сходству видов, думаю способствуют климатические условия среды, так как приспосабливаться приходить всем) (кто как может) причина различий скорее в взаимосвязи и взаимовыгоде всех обитателей био-сообщества. (т. е. каждый вид растительности для чего либо предназначен (для еды, для тени и т. п.))

Билет №14 Вопрос №1

Отксерила с книги.

Взаимодействие различных органоидов клетки

В хлоропласте осуществляется первичное взаимодействие света с пигментом, происходит синтез углеводов клетки из СО₂ и Н₂О и синтезируется АТФ в процессе фотофосфорилирования.

Взаимодействие света с пигментами, синтез АТФ и восстановление НАДФ⁺ происходят в тилакоидах хлоропластов. В строме органоида осуществляются реакции цикла Кальвина и синтез крахмала из триозофосфатов через превращение части их в гексозофосфаты. Не использованные на синтез крахмала триозофосфаты потребляются на общие нужды клетки. Синтезированные в тилакоидах АТФ и НАДФ, а также поступающий извне СО₂ участвуют в строме в цикле Кальвина.

Таким образом, хлоропласт, получая извне СО₂, Н₂О и неорганический фосфат, поставляет в клетку триозофосфаты, О₂ и АТФ. Интересно отметить, что фонд (пул) триозофосфатов самого хлоропласта в темноте пополняется за счет триозофосфатов гликолиза (рис. 1).

Рис. 1. Метаболические реакции в хлоропластах

В цитоплазме происходит использование триозофосфатов хлоропластов и гликолиза на синтез сахарозы. На активность хлоропластов влияют также гликолитическая фосфоглицериновая, яблочная и аспарагиновая кислоты.

Неорганический фосфат поступает в хлоропласт с помощью переносчика, находящегося во внутренней мембране хлоропласта, в котором перенос фосфата в строму хлоропласта сопряжен с выходом триозофосфатов.

Митохондрии осуществляют два основных процесса: цикл Кребса и окислительное фосфорилирование. Первый из них локализован в матриксе митохондрий, а система транспорта электронов и фосфорилирования находится во внутренней мембране.

Начальное соединение цикла Кребса – пировиноградная кислота – образуется в процессе гликолиза в растворимой фазе клетки, поэтому она должна проникнуть через мембраны митохондрий в матрикс. Монокарбоновые кислоты (в т. ч. и пируват) проходят через мембраны митохондрий довольно легко с помощью переносчика. Для транспорта неорганического фосфата, ди- и трикарбоновых кислот также имеются соответствующие транспортные механизмы.

Очень распространенной формой транспорта является обмен с участием яблочной кислоты или неорганического фосфата. Транспорт адениновых нуклеотидов через внутреннюю мембрану митохондрий осуществляется также специальным переносчиком.

Поскольку многие интермедиаты цикла Кребса (пируват, малат, щавелевоуксусная кислота) могут синтезироваться в цитоплазме в процессе гликолиза и в хлоропластах, то деятельность митохондрий тесно связана с функционированием этих клеточных образований.

Митохондрии используют на собственные транспортные и синтетические процессы лишь часть синтезируемой АТФ; основное количество АТФ отдается на нужды клетке.

Необходимо отметить тесную взаимосвязь деятельности хлоропластов и митохондрий: 1) начальные продукты фотосинтеза и конечные продукты дыхания сходны; 2) конечные продукты фотосинтеза являются субстратами для дыхания; 3) в обоих процессах используются общие вещества для преобразования энергии – неорганический фосфат, пиридиннуклеотиды, аденилаты, триозофосфаты; 4) в обоих процессах фосфорилирование регулируется АДФ и неорганическим фосфатом.

Функционирование митохондрий и хлоропластов связано с деятельностью других органелл, в частности пероксисом. Пероксисомы вместе с хлоропластами участвуют в реакциях гликолатного пути, восстановление углерода:

Начальные и конечные этапы цикла происходят в хлоропластах; промежуточные – в пероксисомах; процессы, связанные с синтезом АТФ через образование НАДН и выделением СО₂, – в митохондриях. Кислород потребляется в двух реакциях цикла: в хлоропластах при образовании фосфогликолата и в пероксисомах при окислении гликолата в глиоксилат. Поскольку на свету эти превращения ответственны за стимуляцию поглощения О₂ тканями зеленых растений, они получили название фотодыхания (см. раздел 2.14).

Метаболические системы цитоплазмы, митохондрий и хлоропластов взаимодействуют также в механизмах поддержания постоянства рН в цитоплазме. Для этого существует три механизма: буферные системы клетки, биохимический «рН-стат» и биофизический «рН-стат» (протонная помпа).

Основными буферами растительных клеток являются фосфатный и карбонатный, обнаруживающие буферные свойства при рН 5,4–6,2. В кислой области рН (3,5–5,5) проявляются буферные свойства органических кислот и их солей. Часть буферной емкости клетки определяется амино- и карбоксильными группами белков цитоплазмы (изоэлектрическая точка при рН 5,1–5,3).

Механизм поддержания рН с помощью биохимического «рН-стата» состоит в поддержании равновесия между реакциями карбоксилирования и декарбоксилирования в цитоплазме, имеющие различные оптимумы рН, причем величины оптимальных рН могут различаться на 0,1–0,2 единицы (рис.).

Рис. 2. Биохимический рН-стат

Третий механизм – локализованные в мембранах системы активного транспорта ионов Н⁺ (или ОН^–) – протонные помпы (насосы). Протонные помпы функционируют в сопрягающих мембранах митохондрий и хлоропластов (редокс- и АТФ гидролизующие Н⁺-помпы). Эти мембраны содержат от 2 000 до 4 000 молекул гидролитической помпы и 500–3 000 молекул редокс-протонного насоса. Протонные помпы мембран и митохондрий выносят Н⁺ из матрикса (подкисление цитоплазмы вблизи митохондрий) Н⁺-помпы хлоропластов на свету, наоборот, подщелачивают цитоплазму, поскольку направлены из цитоплазмы в строму. Плазмалемма эукариот содержит АТФ гидролизующую Н⁺-помпу, выкачивающий ионы Н⁺ из цитоплазмы в клеточную стенку. Из цитоплазмы в вакуоль направлены также Н⁺-помпы тонопласта.

В последние годы появились экспериментальные данные о влиянии митохондрий на фотохимическую активность хлоропластов. Исследования проводились in vitro, т. е. органоиды выделялись из растительных тканей проростков гороха (митохондрии из корней, хлоропласты из листьев); смотрели происходящие процессы при их смешивании. При внесении митохондрий в суспензию хлоропластов происходило ингибирование фотофосфорилирования в хлоропластах. Показано, что эффектор находящийся внутри клетки (вакуоль + цитоплазма), обладает протекторными свойствами только по отношению к транспорту электронов, но не способен снять обусловленное митохондриями ингибирование фотофосфорилирования.

При хранении внутриклеточной жидкости на холоде (0–4) в течение 5–6 суток или при нагревании в течение 5 минут до 40 ^оС активность не теряется; кипячение в течение 5 минут приводит к необратимой потере активности. Это говорит в пользу белковой природы эффектора (протектора). Этот фрагментарный пример также свидетельствует о взаимосвязанности процессов, происходящих в двух органоидах – хлоропластах и митохондриях.

Ядерно-цитоплазматические взаимодействия обеспечивают создание структуры ядра, хранение и считку генетической информации, синтез и обновление всех белков клетки, т. е. осуществляют контроль над процессами жизнедеятельности клетки. Они точно скоординированы во времени и пространстве. Все белки синтезируются на рибосомах в цитоплазме, в которую из ядра поступают мРНК, тРНК, рРНК. Из растворимой фазы клетки и локализованных в ней органоидов в ядро поставляются белки и липиды для структур ядра и ядрышка, белки субъединиц рибосом, предшественники нуклеиновых кислот, АТФ, ГТФ, ионы. В процессах транспорта важную регулирующую роль играют поровые комплексы ядерной оболочки. В цитоплазме происходит сборка рибосом и полирибосом и осуществляется активация аминокислот, необходимых для синтеза белков.

Помимо взаимодействия с растворимой фазой цитоплазмы ядро контролирует деятельность митохондрий и хлоропластов, обладающих собственными геномами, отличающимися от ядерного. В настоящее время не вызывает сомнений, что синтез мембранных белков и других ферментных систем митохондрий и хлоропластов требует кооперативной активности ядерного генома и геномов этих органоидов. Так, ядро кодирует и обеспечивает синтез в цитоплазме примерно 90 % митохондриальных белков. Структура митохондриальной ДНК определяется ею самой, но системы, от которых зависит функционирование этой ДНК – репликации и транскрипции, – контролируется ядром. Ядерный геном полностью отвечает за синтез ферментов матрикса и наружной мембраны митохондрий. Они синтезируются на цитоплазматических рибосомах. В то же время белки рибосом и внутренних мембран контролируются как ядерным, так и митохондриальным геномами. Предполагается, что белки, синтезируемые в цитоплазме, активируют работу митохондриальных рибосом, а продукты митохондриальной трансляции могут избирательно влиять на активность ядерного генома, определяющего синтез систем транскрипции и трансляции митохондрий.

Информационная емкость хлоропластного генома значительно больше митохондриального. Как и в случае с митохондриями, синтез белковых компонентов хлоропластов находится под двойным контролем ядра и хлоропластной ДНК, взаимодействие которых обуславливает синтез белков оболочки, тилакоидов и стромы, ряда компонентов I и II фотосистем и др. Особенностью деятельности генома хлоропластов является его регуляция светом, который через систему фоторецепторов хлоропласта контролирует работу белоксинтезирующей системы. Синтез белков-рецепторов (фитохром, протохлорофиллид) может контролироваться ядром. Другим каналом регуляции является регуляция деятельности хлоропластного генома на уровне транскрипции продуктами фотосинтеза. Возможно также гормональная регуляция развития хлоропластов цитокинином.

Таким образом, можно видеть тесную взаимосвязь функционирования отдельных органоидов как между собой, так и с цитоплазмой.

Вопрос №2

Строение стебля разберём на примере дерева. Стебель дерева состоит из коры, древесины и сердцевины. Эти слои хорошо просматриваются на поперечном срезе ствола дерева. Кора – это внешний мягкий слой, кнутри расположена прочная древесина, а рыхлая волокнистая сердцевина заполняет центральную часть стебля.
Кора в свою очередь делится на три слоя – кожицу, пробковый слой и луб. Кожица практически прозрачна и является наружным слоем только растущей части стебля. Позже ее отмершие ткани опадают. Пробковый слой формируется под кожицей. Он состоит из мертвых клеток, мембраны которых содержат особенное вещество, задерживающий газы и воду. Предназначение пробкового слоя - защита лежащие под ним клетки дерева от резких колебаний температур и обезвоживания.

Хорошо развит пробковый слой у пробкового дуба, произрастающего в тропиках и субтропиках. Каждое десятилетие с него можно снять пробковый слой толщиной до 0,1 метра.
Для дыхания живых клеток стебля необходим воздух. Он проходит внутрь стебля через отверстия в пробковом слое, так называемые чечевички. Их функция сходна с функцией устьиц. Можно заметить эти чечевички на внешней стороне коры, они выглядят, как тонкие полосы или белесоватые бугорки. Чтобы создать такую чечевичку, клетки коры в определенном месте быстро делятся, и после разрыва стебля появляется отверстие.
Луб представляет собой внутренний слой коры светло- желтого цвета. Его основная функция – обеспечение прочности стебля. Лубяной слой очень тяжело разорвать по ширине, но вдоль стебля он без особых усилий распадается на тонкие волокна больших размеров в длину.
Лубяную часть стебля часто применяют в хозяйстве, например, из луба липы производят рогожу и мочалки.
Самый большой объем ствола приходится на древесину, это основа ствола и ветвей дерева. Она превосходит по толщине кору во много раз. В состав этого слоя входят клетки с уплотненными (одревесневшими) оболочками, причем они все отличаются по форме и размерам. В древесине имеются своеобразные сосуды, образованные в результате соединения удлиненных и зауженных клеток. Сосуды служат для перемещения воды с растворенными солями минералов внутри стебля. Те волокна, у которых оболочки толстые и прочные, называются древесными. Благодаря им, стебель дерева прочный.
Известно, что расположение сердцевины - в центральной части стебля дерева. В ее состав входят клетки больших размеров с тонкими оболочками, причем они разграничены межклеточными пространствами, превышающими объемы самих клеток. Клетки сердцевины служат своеобразным складом питательных веществрастения.
Что такое камбий? Наверное, каждый замечал, что содрав со стебля кору, наружная поверхность древесины оказывается скользкой и липкой. Разгадка проста: прослойка между корой и древесиной – это камбий, состоящий из живых клеток с тонкими хрупкими оболочками. Отрывая кору, мы нарушаем целостность этих клеток, их цитоплазма попадает на поверхность древесины, создавая ощущение влажной, липкой субстанции. Камбий считается образовательным слоем. Ведь рост стебля в толщину обусловлен делением клеток камбия, причем изнутри формируются клетки древесины, а снаружи – коры.

Стебель растения представляет собой осевую часть побега, состоящую из узлов и междоузлий. Основная роль стебля в жизнедеятельности растения – опорная (механическая), ведь на стебле расположены листья, почки, цветки, органы спороношения. На стебле листья в оптимальном порядке размещены так, чтобы с максимальной производительностью осуществлять фотосинтез. Также не менее важна функция стебля растения как посредника между листьями и корнями, то есть проводящая. Стебель выступает связующим звеном между корневой системой, через которую вода с минеральными веществами попадает в растение, и листьями, где происходит синтез органических веществ. Проводящие ткани стебля, листьев и корня составляют единую структуру, обеспечивающую передвижение веществ в организме растения. Таким образом, главные функции стебля – опорная и проводящая.

Также стебель может выполнять ряд других вторичных функций, но иногда они настолько гипертрофированы, что выступают на первый план. Так, стебли некоторых многолетних растений выполняют функцию депо запасных питательных веществ. Стебли других растений, например, кактуса, покрыты колючками, которые выполняют защитную роль и спасают растение от поедания животными. А молодые стебли растений, у которых под эпидермой расположена хлоренхима, активно осуществляют фотосинтез. Так происходит в стеблях спаржи, причем молодые сочные стебли спаржи используются как овощ в пищу.

По направлению и характеру роста выделяют несколько типов стеблей. Из них прямостоячие выполняют основные функции, указанные выше. Лежачие стебли расположены на поверхности почвы и не укореняются, как у вербейника монетчатого. Такой стебель косвенно выполняет защитную функцию, так как устойчив к скашиванию и вытаптыванию. Поэтому вербейник монетчатый выращивают для формирования декоративных лужаек. Ползучие стебли стелются по земле, благодаря чему легко укореняются при образовании в узлах придаточных корней. Таким образом, ползучий стебель косвенно облегчает растению осуществление размножения. У гороха имеется лазающий (цепляющийся) стебель, который прикрепляется к опоре посредством усиков. А вьющийся тонкий стебель луносемянника обвивает опору, обеспечивая более устойчивое положение растению.\

Стебли разных растений поражают своим разнообразием, в свою очередь могут быть травянистые и деревянистые. У деревьев стебли прочные, деревянистые, а у трав – короткие, тонкие травянистые стебли зеленого цвета.

Большая часть растений имеют прямостоячие стебли. Они очень твердые, чтобы не сломаться под сильным ветром и удержать на себе массу листьев. У всех деревьев и кустарников прямостоячий стебель. Крупные травянистые растения также имеют стебли такого строения, например, кукуруза, подсолнечник.
Часть растений устроена таким образом, что, несмотря на наличие слабого стебля, поднимают свои листья к свету на большую высоту. Есть множество приспособлений у растений для достижения такого результата. У некоторых сортов фасоли, вьюнка, хмеля стебли вьющиеся, вследствие чего они охватывают какую-либо опору и поднимаются вверх.
Что касается лазающих растений, у них другие способы вынести свои листья повыше к свету. К примеру, наличие усиков у побегов гороха очень облегчает растению обвиваться вокруг опор. Еще интереснее способности плюща распространяться по каменным уступам скал и стволам деревьев. Это растение использует прочные корни небольших размеров, которые прорастают в ямки опоры и трещины на ней.
Лианы – название растений, имеющих вьющиеся и лазающие стебли. Очень много лиан в тропических джунглях.
Те растения, которые благодаря тонким и слабым стеблям стелются по земле, именуются ползучими. Другое их народное название - усы, плети.
Такие растения, как огурцы, тыква, клубника имеют ползучие стебли. А у клубники есть еще и придаточные корни, посредством которых растение укореняется в земле и размножается.
Существует еще один распространенный вид стеблей – укороченные стебли. Примером может послужить подорожник или одуванчик, их стебли небольших размеров практически не видны. Расположение листьев на таком стебле в форме розетки, то есть они растут в разные стороны. Некоторые растения имеют стебли такого типа в первый год развития, например, морковь и свекла.