Достижения молекулярной биологии

СОДЕРЖАНИЕ

 

20. Достижения молекулярной  биологии………………………..………3

78. Пищевые сети и их  влияние на устойчивость экосистемы……...….5

      78.1  Пищевые цепи и сети……………………………………………5

      78.2  Влияние пищевых сетей на устойчивость экосистемы…...…..6

128. Лимитирующий фактор……………………………………………...8

127. Консументы……………………………..……………………………9

169. Задача………..……………………………………………………….10

176. Задача………………...………………………………………………11

Используемая литература…………………………………………..……13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20. Достижения молекулярной  биологии

Молекулярная биология, наука, ставящая своей задачей познание природы явлений жизнедеятельности  путём изучения биологических объектов и систем на уровне, приближающемся к молекулярному, а в ряде случаев и достигающем этого предела.

Отличительная черта молекулярной биологии - изучение явлений жизни на неживых объектах или таких, которым присущи самые примитивные проявления жизни.

Молекулярная биология - новая область естествознания, тесно связанная с давно сложившимися направлениями исследований, которые охватываются биохимией, биофизикой и биоорганической химией. Разграничение здесь возможно лишь на основе учёта применяемых методов и по принципиальному характеру используемых подходов.

Фундамент, на котором развивалась  М. б., закладывался такими науками, как  генетика, биохимия, физиология элементарных процессов и т. д. По истокам своего развития молекулярной биологии неразрывно связана с молекулярной генетикой, которая продолжает составлять важную часть молекулярной биологии, хотя и сформировалась уже в значительной мере в самостоятельную дисциплину.

Возникновение молекулярной биологии как сформировавшейся науки принято относить к 1953, когда Дж. Уотсоном и Ф. Криком в Кембридже (Великобритания) была раскрыта трёхмерная структура дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Это позволило говорить о том, каким образом детали данной структуры определяют биологические функции ДНК в качестве материального носителя наследственной информации.

Стремительность, размах и  глубину влияния молекулярной биологии на успехи в познании коренных проблем изучения живой природы справедливо сравнивают, например, с влиянием квантовой теории на развитие атомной физики.

Два внутренне связанных условия определили это революционизирующее воздействие. С одной стороны, решающую роль сыграло обнаружение возможности изучения важнейших проявлений жизнедеятельности в простейших условиях, приближающихся к типу химических и физических экспериментов. С другой стороны, как следствие указанного обстоятельства, имело место быстрое включение значительного числа представителей точных наук - физиков, химиков, кристаллографов, а затем и математиков - в разработку биологических проблем. В своей совокупности эти обстоятельства и обусловили необычайно быстрый темп развития молекулярной биологии, число и значимость её успехов, достигнутых всего за два десятилетия. Вот далеко не полный перечень этих достижений:

• раскрытие структуры и механизма биологической функции ДНК, всех типов РНК и рибосом, раскрытие генетического кода;
• открытие обратной транскрипции, т. е. синтеза ДНК на матрице РНК;
• изучение механизмов функционирования дыхательных пигментов;
• открытие трёхмерной структуры и её функциональной роли в действии ферментов, принципа матричного синтеза и механизмов биосинтеза белков;
• раскрытие структуры вирусов и механизмов их репликации, первичной и, частично, пространственной структуры антител;
• изолирование индивидуальных генов, химический, а затем биологический (ферментативный) синтез гена, в том числе человеческого, вне клетки (in vitro);
• перенос генов из одного организма в другой, в том числе в клетки человека;
• стремительно идущая расшифровка химической структуры возрастающего числа индивидуальных белков, главным образом ферментов, а также нуклеиновых кислот;
• обнаружение явлений "самосборки" некоторых биологических объектов всё возрастающей сложности, начиная от молекул нуклеиновых кислот и переходя к многокомпонентным ферментам, вирусам, рибосомам и т. д.;
• выяснение аллостерических и других основных принципов регулирования биологических функций и процессов.

78. Пищевые сети и их  влияние на устойчивость экосистемы

78.1 Пищевые цепи и сети

Пищевая цепь — это последовательность организмов, в которой каждый из них съедает или разлагает другой. Она представляет собой путь движущегося через живые организмы однонаправленного потока поглощенной при фотосинтезе малой части высокоэффективной солнечной энергии, поступившей на Землю. В конечном итоге эта цепь возвращается в окружающую природную среду в виде низкоэффективной тепловой энергии. По ней также движутся питательные вещества от продуцентов к консументам и далее к редуцентам, а затем обратно к продуцентам.

Каждое звено пищевой  цепи называют трофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают автотрофы, иначе именуемые первичными продуцентами. Организмы второго трофического уровня называют первичными консументами, третьего — вторичными консументами и т. д. Обычно бывают четыре или пять трофических уровней и редко более шести.

Существуют два главных  типа пищевых цепей — пастбищные (или «выедания») и детритные (или «разложения»).

В пастбищных пищевых цепях  первый трофический уровень занимают зеленые растения, второй — пастбищные животные (термин «пастбищные» охватывает все организмы, питающиеся растениями), а третий — хищники. Так, пастбищными пищевыми цепями являются:

СОК РОЗОВОГО КУСТА => ТЛЯ => БОЖЬЯ КОРОВКА => ПАУК => =>НАСЕКОМОЯДНАЯ ПТИЦА => ХИЩНАЯ ПТИЦА

Детритная пищевая цепь начинается с детрита по схеме:

ДЕТРИТ => ДЕТРИТОФАГ => ХИЩНИК

Характерными детритными пищевыми цепями являются:

МЕРТВОЕ ЖИВОТНОЕ => ЛИЧИНКИ ПАДАЛЬНОЙ МУХИ =>ТРАВЯНАЯ ЛЯГУШКА => ОБЫКНОВЕННЫЙ УЖ

Концепция пищевых цепей  позволяет в дальнейшем проследить круговорот химических элементов в природе, хотя простые пищевые цепи, подобные изображенным ранее, где каждый организм представлен как питающийся организмами только какого-то одного типа, в природе встречаются редко.

Реальные пищевые связи  намного сложнее, ибо животное может питаться организмами разных типов, входящих в одну и ту же пищевую цепь или в различные цепи, что особенно характерно для хищников (консументов) высших трофических уровней. Связь между пастбищной и детритной пищевыми цепями иллюстрирует предложенная Ю. Одумом модель потока энергии.

Всеядные животные (в частности, человек) питаются и консументами, и продуцентами. Таким образом, в природе пищевые цепи переплетаются, образуют пищевые (трофические) сети.

78.2  Влияние пищевых  сетей на устойчивость экосистемы

Обычно устойчивость связывали  и связывают с биоразнообразием видов в экосистеме (альфаразнообразие), то есть, чем выше биоразнообразие, чем сложнее организация сообществ, чем сложнее пищевые сети, тем выше устойчивость экосистем.

В качестве параметров сложности  экосистем традиционно подразумевались общее число видов, большое число взаимодействий между видами, сила взаимодействий между видами и популяциями и различные сочетания этих характеристик. При дальнейшем развитии этих представлений появилось утверждение, что чем больше путей переноса и преобразования энергии в экосистеме, тем она устойчивей при различных видах нарушений.

Однако на данный момент показано, что данные представления  не могут охарактеризовать устойчивость экосистем. Существует множество примеров как весьма устойчивых монокультурных сообществ (фитоценозы орляка), так и слабоустойчивых сообществ с высоким биоразнообразием (коралловые рифы, тропические леса). Так как существуют природные, почти повсеместные, подтверждения отклонений от принятых воззрений, в 70-80-х годах XX столетия происходили исследования по моделированию зависимости устойчивости от сложности экосистем. Эти модели показали, что в случайным образом генерируемой сети взаимодействия в сообществе при удалении бессмысленных цепей (типа А ест В, В ест С, С ест А и подобного типа) локальная устойчивость падает с увеличением сложности. Если продолжить усложнение модели и учесть, что консументы испытывают влияние пищевых ресурсов, а пищевые ресурсы от консументов не зависят, то устойчивость не зависит от сложности, либо также падает с её увеличением. Это справедливо для детритных цепей питания.

При изучении общей устойчивости на модели из 6 видов (2 хищника-консумента второго порядка, 2 консумента первого порядка и 2 вида в основании пищевой цепи) исследовалось удаление одного из видов. В качестве параметра устойчивости была принята связность. Сообщество считалось устойчивым, если остальные виды оставались локально устойчивыми. Полученные результаты согласовывались с общепринятыми воззрениями о том, что с повышением сложности при выпадении хищников высшего порядка устойчивость сообщества падает, но при выпадении оснований пищевой цепи с повышением сложности устойчивость повышалась.

В случае упругой устойчивости, когда под сложностью также понимается связность, с повышением сложности упругая устойчивость также повышается. То есть, большее разнообразие видов и большая сила связи между ними позволяет сообществам быстрее восстанавливать свою структуру и функции. Данный факт подтверждает общепринятые взгляды на роль биоразнообразия как некоего пула (фонда) для восстановления полноценной структуры как экосистем, так и более высокоорганизованных структур биосферы, а также самой биосферы в целом. На данный момент общепринятым и фактически неоспариваемым является представление о том, что биосфера эволюционировала в сторону увеличения биоразнообразия (всех трёх его компонентов), ускорения обращения вещества между компонентами биосферы, и «убыстрения» времени жизни как видов, так и экосистем.

 

 

 

 

128. Лимитирующий фактор

Впервые на значение лимитирующих факторов указал немецкий агрохимик  Ю.Либих в середине XIX в. Он установил закон минимума: урожай (продукция) зависит от фактора, находящегося в минимуме. В почве полезные компоненты в целом представляют собой уравновешенную систему и только какое-то вещество, например фосфор, содержится в количествах, близких к минимуму, то это может снизить урожай. Но оказалось, что даже те же самые вещества, очень полезные при оптимальном содержании их в почве, снижают урожай, если они в избытке. Значит, факторы могут быть лимитирующими, находясь и в максимуме.

Таким  образом, лимитирующими  экологическими факторами следует  называть такие факторы, которые  ограничивают развитие организмов из-за недостатка или их избытка по сравнению  с потребностью (оптимальным содержанием). Их иногда называют ограничивающими  факторами.

Несмотря на взаимовлияние  факторов, всё-таки они не могут заменить друг друга, что и нашло отражение  в законе независимости В. Р. Вильямса: условия жизни равнозначны, ни один из факторов жизни не может быть заменен другим. Наиболее полно и  в наиболее общем виде всю сложность  влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности  В.Шелфорда: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком или, наоборот, избытком  любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимого данным организмом. Эти два предела называют пределами толерантности. Организмы, для жизни которых требуются условия, ограниченные узким диапозоном толерантности по величине температуры, называют стенотермными, а способных жить в широком диапозоне температур – эвритермными.

 

 

 

 

 

127. Консументы

Консументы (от лат. consumе — употреблять) — гетеротрофы, организмы, потребляющие готовые органические вещества, создаваемые автотрофами (продуцентами).

К консументам относят животных, некоторые микроорганизмы, а также паразитические и насекомоядные растения. Классифицируют консументов первого, второго и других порядков, так как на каждом этапе передачи вещества и энергии в трофической цепи теряется до 90 %, экологические пирамиды редко состоят из более чем четырёх порядков консументов.

Консументы первого порядка  — растительноядные гетеротрофы (травоядные животные, паразитические растения), питаются непосредственно продуцентами биомассы.

Консументы второго порядка  — хищные гетеротрофы (хищники, паразиты хищников), питаются консументами первого порядка.

Отдельно взятый организм может являться в разных трофических  цепях консументом разных порядков, например, сова, поедающая мышь является одновременно консументом второго и третьего порядка, а мышь — первого и второго, так как мышь питается и растениями, и растительноядными насекомыми.

Любой консумент является гетеротрофом, так как не способен синтезировать органические вещества из неорганических. Термин «консумент (первого, второго и так далее) порядка» позволяет более точно указать место организма в цепи питания. Редуценты (например, грибы, бактерии гниения) также являются гетеротрофами, от консументов их отличает способность полностью разлагать органические вещества (белки, углеводы, липиды и другие) до неорганических (углекислый газ, аммиак, мочевина, сероводород), завершая круговорот веществ в природе, создавая субстрат для деятельности продуцентов (автотрофов).

 

 

 

169. Задача

Укажите оптимум и зоны гибели интенсивности фактора, если известно, что концентрация кислорода  в воде для форели от 4 мл/л до 6 мл/л и от 8 мл/л до 10 мл/л считается  благоприятной.

Для решения данной задачи необходимо опираться на закон оптимума: «Действие экологического фактора  имеет пределы положительного влияния  на живые организмы как недостаточное, так и избыточное действие фактора  отрицательно сказывается на организм».

На рисунке 1 я указала  значения промежутков концентрации кислорода, в которых существуют благоприятные условия для форели.

Рис. 1

Нам необходимо указать зону оптимума и зоны гибели. Для начала дадим определения:

Зона оптимума – зона нормальной жизнедеятельности организма.