Контрольная работа по "Биологии"

 

Формы модификационной изменчивости

 

В большинстве случаев модификационная изменчивость способствует положительной адаптации организмов к условиям окружающей среды — улучшается реакция генотипа на окружающее и возникает перестройка фенотипа (например, увеличивается число эритроцитов у человека, поднявшегося в горы). Однако иногда, под влиянием неблагоприятных факторов окружающей среды, например, влиянием тератогенных факторов на беременных, возникают изменения фенотипа, похожие на мутации (не наследственные изменения, похожие на наследственные) — фенокопии. Также, под влиянием экстремальных факторов окружающей среды, у организмов могут появиться морфозы (например, расстройство двигательного аппарата вследствие травмы). Морфозы имеют необратимый и неадаптивный характер, а в лабильном характере проявления схожи со спонтанными мутациями. Морфозы принимаются эпигенетической теорией эволюции как основной фактор эволюции.

 

 

Длительная модификационная изменчивость

 

В большинство случаев модификационная изменчивость носит ненаследственный характер и является лишь реакцией генотипа данной особи на условия среды с последующим изменением фенотипа. Однако известны и длительные модификации, описанные у некоторых бактерий, простейших и многоклеточных эукариот. Для понимания возможного механизма длительной модификационной изменчивости рассмотрим сначала понятие генетического триггера.

Например, в оперонах бактерий содержатся, кроме структурных генов, два участка — промотор и оператор. Оператор некоторых оперонов находится между промотором и структурными генами (у других он входит в состав промотора). Если оператор связан с белком, который называется репрессором, то вместе они не дают двигаться РНК-полимеразе по цепи ДНК. У бактерий E. сoli можно наблюдать подобный механизм. При недостатке лактозы и избытке глюкозы вырабатывается белок-репрессор (Lacl), который присоединяется к оператору, не давая РНК-полимеразе синтезировать мРНК для трансляции фермента, который расщепляет лактозу. Однако при попадании лактозы в цитоплазму бактерии лактоза (вещество-индуктор) присоединяется к белку-репрессору, изменяя его конформацию, что приводит к диссоциации репрессора от оператора. Это обуславливает начало синтеза фермента для расщепления лактозы.

У бактерий при делении вещество-индуктор (в случае с E. coli — лактоза) передается в цитоплазму дочерней клетки и запускает диссоциацию белка-репрессора от оператора, что влечет за собой проявление активности фермента (лактазы) для расщепления лактозы у палочек даже при отсутствии этого дисахарида в среде.

Если оперона два и если они взаимосвязаны (структурный ген первого оперона кодирует белок-репрессор для второго оперона и наоборот), они образуют систему, которая называется триггером [1]. При активном состоянии первого оперона отключен второй. Однако под действием окружающей среды может быть заблокирован синтез белка-репрессора первым опероном, и тогда происходит переключение триггера: активным становится второй оперон. Такое состояние триггера может наследоваться следующими поколениями бактерий. Молекулярные триггеры могут обеспечивать длительные модификации и у эукариот. Это может происходить, например, путем цитоплазматического наследования включений цитоплазмы у бактерий при их размножении.

Эффект переключения триггеров можно наблюдать у неклеточных форм жизни, например, у бактериофагов. При внедрении в клетку бактерии при недостатке питательных веществ они остаются неактивными, внедряясь в генетический материал. При появлении благоприятных условий в клетке фаги размножаются и вырываются из бактерии — происходит переключение триггера вследствие изменения окружающей среды.

 

Примеры модификационной изменчивости

У человека:

-увеличение уровня эритроцитов  при подъеме в горы

-увеличение пигментации кожи  при интенсивном воздействии  ультрафиолетовых лучей

-развитие костно-мышечной системы  в результате тренировок

-шрамы (пример морфоза)

У насекомых и других животных:

-изменение окраски у колорадского  жука вследствие длительного  влияния на их куколки высоких  или низких температур

-смена окраски шерсти у некоторых  млекопитающих при изменении  погодных условий (например, у зайца)

-различная окраска бабочек-нимфалид (например, Araschnia levana), развивавшихся  при разной температуре

У растений:

-различное строение подводных  и надводных листьев у водяного  лютика, стрелолиста и др.

-развитие низкорослых форм из  семян равнинных растений, выращенных  в горах

У бактерий:

-работа генов лактозного оперона  кишечной палочки (при отсутствии  глюкозы и при присутствии  лактозы они синтезируют ферменты  для переработки этого углевода) [4].

 

 

Вопрос№3

 

Макроэволюция

 

Сущность макроэволюции в индивидуальном плане - повышение таксономического ранга. Для низких организменных форм характерна высокая зависимость от внешней среды - такая, что они подобно индикаторам реагируют органическими изменениями на любые колебания температуры, влажности. Макроэволюция форм осуществилась возникновением разнообразных регуляторных механизмов и повышением устойчивости онтогенетического развития. Относительно стабильные физические факторы внешней среды оказывают все меньшее детерминирующее значение в онтогенезе. Макроэволюционный подход ничего не говорит о характере связей между особями в пределах как одной популяции, так и более компактных групп.

 

Эволюционный процесс увеличения индивидуальных возможностей особи и ее относительной независимости от абиотических колебаний адаптационной ниши называется автономизацией онтогенеза. В филэмбрионогенезе  происходит наибольшая надстройка (анаболия) к этапам отногенеза, соответствующему половому созреванию. В более широком смысле автономизация онтогенеза у животных характеризуется тем, что особи эволюционно приспособлены к обособленному существованию и по достижении физиологической зрелости могут самостоятельно добывать себе пропитание; они снабжены всеми необходимыми поведенческими программами, в том числе программой размножения. Эволюционная автономизация теоретически не ограничена и ведет к возникновению к самым разным формам. Формы полной автономизации, неизбежным продуктом которой становится, как показывают данные юрского периода, чрезмерное увеличение мышечной массы, размеров тела и средств нападения (защиты), направлены сосуществованием и конкуренцией с другими животными - биотическими факторами.

 

На особь в общем случае действует абиотические, биотические и социальные факторы. Под абиотическими факторами понимают весь комплекс природно-климатических условий. Абиотические факторы - самые сильные эволюционные инструменты воздействия на морфофизиологию животных, формирующие способы добывания пищи в определенных природно-климатических условиях. Когда климат резко изменяется, то в экстремальном существовании особи биотические и социальные факторы утрачивают прежнее значение. Резкое изменение климата означает резкое изменение фауны, а следовательно и состава консументов первого порядка (растительноядные). Все преимущества и традиции группового образа жизни, приобретенные в длительно сохраняющихся стабильных условиях, в экстремальных условиях (предельных суровых) оказываются бессмысленными. Пищи катастрофически не хватает; борьба за нее предельно ожесточается. Все группы распадаются, и особи переходят к индивидуальному образу жизни в его наиболее асцентральном состоянии, сопряженному лишь с необходимостью сексуальных связей. Выживают самые выносливые особи. Выносливость предполагает преимущество в психике (искать, не сдаваться и не делиться добычей), относительном объеме мозга (найти и подобраться) и силе (овладеть и не уступить). Все эти поведенческие особенности объединяются понятием зоологического индивидуализма.

Основной его смысл в том, что физиологически абсолютно адаптированные особи имеют тенденцию к индивидуализму и прибегают к групповому образу жизни лишь постольку, поскольку это диктует экология. В известном рассказе "Лобо" естествоиспытателя Томпсона-Томпсона описана волчья стая, существование которой протекало в нетипичных условиях, поскольку объектом волчьих промыслов были домашние угодья человека. Самый сильный альфа-волк (по имени Лобо) ассоциировался с альфа-волчицей (по имени Бланка), вокруг которой ассоциировалась вся стая. Лобо был неуловим, пока он был один. Но как только он вступил в ассоциацию с Бланкой, он утратил многие свои навыки и очень скоро погиб, в то время как его собственный опыт участниками стаи усвоен не был.

Принцип зоологической индивидуализации, коррелируется типом психики, способствующим высокой поисковой активности и агрессивности в широком значении, называемой D-психикой (D - dominance). D-психика - важнейшее достижение макроэволюции, способствующее выживанию крупных таксонов в условиях, совместимых с полным исчезновением высокоорганизованных форм жизни. У животных D-психика полностью детерминирована D-генотипом, представленным n-числом локусов. Ядро D-генотипа (ядро биогенетической платформы) эволюционно формировалось, подчиняясь принципу полной автономизации онтогенеза, и одинаково для всех высших животных, представленных в современной фауне. Фенотипическое проявление ядра D-генотипа выражается в механизме инстинктов, общих для всех животных - инстинкты самосохранения и размножения, которые, надо отметить, совершенно не ограничивают стремление особи к личной свободе и самостоятельности. Не отличаясь по ядру, D-генотип отличается по структуре и отдельным локусам у особей, состоящих как в дальней, так и близкой таксономической родственности.  В благоприятных эволюционных условиях, к каковым не относятся климатические катастрофы, D-генотип может обрастать локусами, детерминирующими инстинкты (нормы психики), надстроенные над основными инстинктами. Доминантные гены в D-генотипе определяют степень D-психики - таких важнейших параметров как высокая темпераментная активность, реактивность ответа на раздражение, нетерпимость, состояние "быть первым или никем". Чтобы выжить в экстремальных условиях, особь должна быть предельно нацелена на индивидуальные решения. Все особи, содержащие избыточное число рецессивных генов в D-генотипе, на время климатической катастрофы должны исчезнуть. Ядро D-генотипа определяет "закон полового притяжения". Как только неблагоприятные условия становятся стабильными, особи начинают искать себе пару. Они спариваются с особями своего вида не обязательно с наиболее крупными размерами, что могло бы свидетельствовать об успешности данного фенотипа. Совместимость по D-психике - наиболее эффективный ключ к замку полового партнера. И самка, и самец "узнают" друг друга именно по степени реактивности психики в полном соответствии ее с морфофизиологическими особенностями строения нервной системы у данного вида. По мере возможностей, во время течки самки самец будет стремиться прогонять других самцов, что также является важнейшей макроэволюционной задачей движущего отбора. Но ни в то время, ни  в другое самец и самка не составляют охотничьего тандема и не представляют собой социума.

В результате климатической катастрофы происходит перестройка фауны на уровнях родов и семейств. Вымирают целые таксономические образования - роды и семейства вместе со всем их видовым разнообразием. Выживают и появляются новые роды и семейства. Так после последней климатической катастрофы появились семейства собачьи и кошачьи. Исходной формой для них, согласно принципу полной автономизации, были виды, предельно индивидуализированные, то есть способные стабильно добывать себе пропитание, охотясь исключительно в одиночку. Форма специализировалась на охоте животных, с которыми она могла справиться в одиночку с определенным запасом боевого преимущества. По происшествие климатической катастрофы и наступлением стабильных условий, совместимых с активным ростом, происходит "экологический взрыв" - экстенсивный рост пищевых ресурсов. Новые условия оказываются благоприятными для высокой адаптационной радиации. Исходная морфофизиологическая форма консументов второго порядка дает множество форм, главные отличия которых связаны с перестройкой D-генотипа, подчиняя ее необходимости группового образа жизни. Ведь групповой образ жизни открывает новые охотничьи возможности. Заполняя все экологические ниши, консументы второго порядка могли дать самые различные приспособления в ответ на изменения и возможности пищевых цепей. Условно говоря, на жертву одного и того же крупного промыслового вида может охотиться один тигр (лев), два леопарда, три гепарда и десять гиен и так далее[5].

 

Вопрос№4

 

Основные биомы Земли

 

В соответствии с климатическими поясами и областями выделяются крупнейшие подразделения биосферы – биомы. Биомы представляют собой совокупность живых организмов в сочетании с определенными условиями их обитания в обширных ландшафтно-географических зонах. Видовой состав организмов в разных экосистемах одного биома может быть совершенно различным – в этом отличие биомов от флористических и фаунистических царств и областей, которые характеризуются единством флоры или фауны.

Дождевые экваториальные леса, или вечнозеленые тропические леса, расположены в экваториальном климатическом поясе Южной Америки, Центральной Африки, Океании. Объем первичной чистой продукции превышает 35 тонн сухого вещества на 1 га в год. Однако вторичная продукция экосистем значительно ниже: почти все образованное органическое вещество потребляется животными, а остатки подвергаются минерализации.

В дождевых экваториальных лесах исключительно высок уровень видового разнообразия организмов: здесь встречается около 40% видов известных растений, однако плотность популяций многих видов часто не превышает нескольких особей на 1 га – поэтому флора этого биома очень уязвима и с трудом восстанавливается.

Муссонные листопадные леса отличаются от дождевых экваториальных лесов чередованием сухих сезонов и сезонов проливных дождей. В условиях периодического увлажнения, высокой температуры и освещенности уровень годовой первичной продукции достигает 25 т/га. Видовое разнообразие организмов ниже, чем в дождевых экваториальных лесах, что связано с наличием засушливого периода.

Саванны занимают большую часть субэкваториального климатического пояса в Южной Америке и Африке. Годовая первичная продукция саванн не превышает 20 т/га. Для саванн характерно обилие травоядных млекопитающих.

Тропические пустыни северного и южного полушария расположены в тропических поясах Америки, Африки и Австралии (в зоне действия пассатов). Продуктивность пустынь очень низкая.

В более высоких широтах (≈ 40° с. ш. и ю. ш.) располагаются экосистемы, известные под названием растительность средиземноморского типа (Старый Свет) или чаппараль (Новый Свет). Годовая первичная продукция достигает 10 т/га. На одной широте с растительностью средиземноморского типа располагаются экосистемы субтропических муссонных лесов. Среднегодовое количество осадков более 1000 мм с неравномерным распределением осадков; высокая продуктивность. На этих же широтах в областях с сухим климатом располагаются субтропические пустыни. Среднегодовое количество осадков менее 500 мм; низкая продуктивность.