Dimensioni: px

Inizia l'impressione dalla pagina:

trascrizione

2 Ekaterina Timofeevna Zakharova Sergei Grigorievich Mamontov Vladimir Borisovich Zakharov Nikolai Ivanovich Sonin Biologia. Biologia generale. livello di profilo. Grado 11 Testo fornito dal titolare del copyright Biologia. Biologia generale. livello di profilo. Grado 11: libro di testo. per l'istruzione generale istituzioni/in. B. Zakharov, S. G. Mamontov, N. I. Sonin, E. T. Zakharova: Otarda; Mosca; 2013 ISBN Abstract Il libro di testo introduce gli studenti alle più importanti leggi del mondo vivente. Dà un'idea dell'evoluzione del mondo organico, del rapporto tra l'organismo e l'ambiente. Il libro di testo è rivolto agli studenti dell'11° grado delle istituzioni educative.

3 Indice Prefazione Sezione 1. La dottrina dell'evoluzione del mondo organico Capitolo 1. Modelli di sviluppo della natura vivente. Dottrina evolutiva 1.1. La storia delle idee sullo sviluppo della vita sulla Terra Idee antiche e medievali sull'essenza e lo sviluppo della vita Il sistema della natura organica K. Linneo Sviluppo di idee evolutive. La teoria evolutiva di J.-B. Lamarck 1.2. Prerequisiti per l'emergere della teoria di Ch. Darwin Prerequisiti di scienze naturali per la teoria di Ch. Darwin Materiale di spedizione di Ch. Darwin 1.3. Ch. La teoria evoluzionistica di Darwin Ch. La dottrina di Darwin della selezione artificiale Ch. La dottrina di Darwin della selezione naturale 1.4. Idee moderne sui meccanismi e gli schemi dell'evoluzione. Vista Microevoluzione. Criteri e struttura Ruolo evolutivo delle mutazioni Stabilità genetica delle popolazioni Processi genetici nelle popolazioni Forme della selezione naturale Adattamento degli organismi alle condizioni ambientali come risultato della selezione naturale Fine del frammento introduttivo

4 V. B. Zakharov, S. G. Mamontov, N. I. Sonin, E. T. Zakharova Biology. Biologia generale. livello di profilo. 11 grado 4

5 Premessa Cari amici! Continuiamo a studiare le basi della conoscenza biologica generale, che abbiamo iniziato al decimo anno. Gli oggetti della nostra attenzione saranno le fasi dello sviluppo storico della natura vivente, l'evoluzione della vita sulla Terra e la formazione e lo sviluppo dei sistemi ecologici. Per approfondire questi importanti temi è necessaria la conoscenza acquisita l'anno scorso, poiché le leggi dell'ereditarietà e della variabilità sono al centro dei processi di sviluppo. Particolare attenzione nel libro di testo è riservata all'analisi delle relazioni tra organismi e delle condizioni per la sostenibilità dei sistemi ecologici. Il materiale didattico di un certo numero di sezioni è stato notevolmente ampliato a causa della presentazione dei modelli biologici generali come i più difficili da comprendere. Altre sezioni forniscono solo informazioni e concetti di base. La gamma di problemi che incontrerai al grado 11 è molto ampia, ma non tutti sono trattati in dettaglio nel libro di testo. Per una conoscenza più dettagliata di alcune questioni di biologia, alla fine del libro di testo viene fornito un elenco di letteratura aggiuntiva. Inoltre, non tutte le regolarità sono conosciute o comprese appieno, perché la complessità e la diversità della vita sono così grandi che stiamo solo iniziando a capire alcuni dei suoi fenomeni, mentre altri aspettano ancora di essere studiati. Il materiale didattico del libro è strutturato allo stesso modo del libro di testo “Biologia generale. Grado 10” (V. B. Zakharov, S. G. Mamontov, N. I. Sonin). Gli autori sono grati a M. T. Grigorieva per aver preparato il testo in inglese, così come a Yu. Accademico dell'Accademia Russa di Scienze Naturali, Professor V. B. Zakharov 5

6 Sezione 1. La dottrina dell'evoluzione del mondo organico Il mondo degli organismi viventi ha una serie di caratteristiche comuni che hanno sempre suscitato in una persona un sentimento di stupore. In primo luogo, questa è la straordinaria complessità della struttura degli organismi; in secondo luogo, l'ovvia finalità, o natura adattativa, di molti segni; così come una grande varietà di forme di vita. Le domande sollevate da questi fenomeni sono abbastanza ovvie. Come sono nati gli organismi complessi? Sotto l'influenza di quali forze si sono formate le loro caratteristiche adattive? Qual è l'origine della diversità del mondo biologico e come viene mantenuta? Che posto occupa l'uomo nel mondo organico e chi sono i suoi antenati? In tutte le epoche, l'umanità ha cercato di trovare risposte a queste e a molte altre domande simili. Nelle società prescientifiche, le spiegazioni sfociavano in leggende e miti, alcuni dei quali servivano come base per vari insegnamenti religiosi. L'interpretazione scientifica è racchiusa nella teoria dell'evoluzione, oggetto di questa sezione. L'evoluzione del mondo vivente è intesa come un processo naturale dello sviluppo storico della natura vivente dall'inizio della vita sul nostro pianeta fino ad oggi. L'essenza di questo processo è sia nel continuo adattamento degli esseri viventi a condizioni ambientali in costante cambiamento, sia nell'emergere di forme sempre più complesse di organismi viventi. Nel corso dell'evoluzione biologica, pre6

7 formazione di specie, su questa base sorgono nuove specie; continua anche la scomparsa delle specie, la loro estinzione. 7

8 Capitolo 1. Modelli di sviluppo della natura vivente. Insegnamento evolutivo Tutto è e non è, perché anche se verrà un momento in cui sarà, ma qui cessa di essere Uno e lo stesso, giovane e vecchio, e morto e vivo, allora si trasforma in questo, questo, cambiando, diventa di nuovo argomenti. Eraclito L'opera principale di Charles Darwin "The Origin of Species", che cambiò radicalmente l'idea di fauna selvatica, apparve nel 1859. Questo evento fu preceduto da oltre vent'anni di lavoro sullo studio e la comprensione del ricco materiale fattuale raccolto sia dallo stesso Darwin che da altri scienziati. In questo capitolo conoscerete le premesse di base delle idee evoluzionistiche, la prima teoria evoluzionistica di J.-B. Lamarck; conoscere la teoria di Ch. Darwin della selezione artificiale e naturale; sulle idee moderne sui meccanismi e il tasso di speciazione. Attualmente sono state descritte più di 600mila piante e almeno 2,5 milioni di specie animali, circa 100mila specie di funghi e più di 8mila procarioti, nonché fino a 800 specie di virus. Sulla base del rapporto tra le specie moderne di organismi viventi descritte e non ancora identificate, gli scienziati ipotizzano che la fauna e la flora moderne siano rappresentate da circa 4,5 milioni di specie di organismi. Inoltre, utilizzando dati paleontologici e altri, i ricercatori hanno calcolato che durante l'intera storia della Terra vissero almeno 1 miliardo di specie di organismi viventi. Consideriamo come in diversi periodi della storia umana le persone abbiano immaginato l'essenza della vita, la diversità degli esseri viventi e l'emergere di nuove forme di organismi Storia delle idee sullo sviluppo della vita sulla Terra d.C.), ma molto prima di lui, il letterato i monumenti di vari popoli dell'antichità contenevano molte informazioni interessanti sull'organizzazione della fauna selvatica, principalmente legate all'agronomia, alla zootecnia e alla medicina. La stessa conoscenza biologica è radicata nei tempi antichi e si basa sulle attività pratiche dirette delle persone. Secondo le pitture rupestri dell'uomo di Cro-Magnon (13 mila anni a.C.), si può stabilire che già a quel tempo le persone potevano distinguere un gran numero di animali che servivano come oggetto della loro caccia Idee antiche e medievali su l'essenza e lo sviluppo della vita Nell'antica Grecia nell'VIII VI secolo AVANTI CRISTO e. nelle viscere di una filosofia olistica della natura sorsero i primi rudimenti della scienza antica. I fondatori della filosofia greca Talete, Anassimandro, Anassimene ed Eraclito cercavano una fonte materiale da cui il mondo è sorto grazie al naturale sviluppo personale. Per Talete, questo primo principio era l'acqua. Gli esseri viventi, secondo gli insegnamenti di Anassimandro, sono formati dalla materia indefinita di "apeiron" secondo le stesse leggi degli oggetti di natura inanimata. Filosofo ionico Anassimene 8

9 considerava come l'aria il principio materiale del mondo, da cui tutto nasce e in cui tutto ritorna. Ha anche identificato l'anima umana con l'aria. Il più grande degli antichi filosofi greci era Eraclito di Efeso. Il suo insegnamento non conteneva disposizioni speciali sulla natura vivente, ma era di grande importanza sia per lo sviluppo di tutte le scienze naturali che per la formazione di idee sulla materia vivente. Eraclito introdusse per la prima volta nella filosofia e nella scienza della natura un'idea chiara del cambiamento costante. Lo scienziato considerava il fuoco l'inizio del mondo; insegnava che ogni cambiamento è il risultato della lotta: "Tutto nasce attraverso la lotta e per necessità". Lo sviluppo delle idee sulla fauna selvatica è stato fortemente influenzato dalla ricerca e dai concetti speculativi di altri scienziati dell'antichità: Pitagora, Empedocle, Democrito, Ippocrate e molti altri (vedi capitolo 2 del libro di testo "Biologia generale. Grado 10"). Nel mondo antico, per quel periodo furono raccolte numerose informazioni sulla fauna selvatica. Aristotele era impegnato in uno studio sistematico degli animali, descrivendo più di 500 specie di animali e disponendole in un certo ordine: da semplici disposti a sempre più complessi. La sequenza dei corpi della natura delineata da Aristotele inizia con i corpi inorganici e passa attraverso le piante fino alle spugne animali attaccate e alle ascidie, e quindi agli organismi marini mobili. Aristotele ei suoi studenti studiarono anche la struttura delle piante. In tutti i corpi della natura, Aristotele distingueva due facce: la materia, che ha varie possibilità, e la forma dell'anima, sotto l'influenza della quale si realizza questa possibilità della materia. Egli distinse tre tipi di anima: quella vegetativa, o nutriente, inerente alle piante e agli animali; senziente, caratteristico degli animali, e la mente, che, oltre alle prime due, è dotata solo dell'uomo. Per tutto il Medioevo, le opere di Aristotele furono alla base delle idee sulla fauna selvatica. Con l'istituzione della Chiesa cristiana in Europa, si diffonde un punto di vista ufficiale basato sui testi biblici: tutti gli esseri viventi sono creati da Dio e rimangono immutati. Questa direzione nello sviluppo della biologia del Medioevo è chiamata creazionismo (dal latino creatio creazione, creazione). Una caratteristica di questo periodo è la descrizione di specie vegetali e animali esistenti, tentativi di classificarli, che per la maggior parte erano puramente formali (in ordine alfabetico) o applicati. Sono stati creati molti sistemi di classificazione di animali e piante, in cui i singoli caratteri sono presi arbitrariamente come base. L'interesse per la biologia aumentò nell'era delle Grandi Scoperte Geografiche (XV secolo) e lo sviluppo della produzione di merci. Il commercio intensivo e la scoperta di nuove terre hanno ampliato le informazioni su animali e piante. Nuove piante come cannella, chiodi di garofano, patate, mais e tabacco furono portate in Europa dall'India e dall'America. Botanici e zoologi hanno descritto molte nuove piante e animali mai visti prima. Ai fini pratici, hanno indicato quali proprietà benefiche o nocive possiedono questi organismi Sistema di natura organica di K. Linnaeus La necessità di razionalizzare le conoscenze in rapido accumulo ha portato alla necessità di sistematizzarli. Vengono creati sistemi pratici in cui piante e animali vengono combinati in gruppi a seconda del loro beneficio per l'uomo o del danno che portano. Ad esempio, piante medicinali isolate, colture orticole o orticole. I concetti di "bestiame" o "animali velenosi" servivano per riferirsi agli animali più diversi nella loro struttura e origine. Per comodità, la classificazione pratica delle specie è ancora utilizzata oggi. nove

10 Tuttavia, la classificazione degli organismi viventi in base all'utilità non poteva soddisfare gli scienziati. Stavano cercando proprietà che consentissero di raggruppare piante e animali in base a somiglianze nella struttura e nella vita. Inizialmente, una o un piccolo numero di caratteristiche scelte arbitrariamente sono state prese come base della tassonomia. È chiaro che organismi completamente estranei sono caduti nello stesso gruppo. Durante il XVI e il XVII secolo sono proseguiti i lavori sulla descrizione di animali e piante, la loro sistematizzazione. Un grande contributo alla creazione di un sistema naturale è stato dato dall'eccezionale naturalista svedese Carl Linnaeus. Lo scienziato ha descritto più di 8.000 specie vegetali e oltre 4.000 specie animali, ha stabilito una terminologia e un ordine uniformi per descrivere le specie. Ha raggruppato specie simili in generi, generi simili in ordini e ordini in classi. Pertanto, ha basato la sua classificazione sul principio della gerarchia (cioè, subordinazione) dei taxa (dalla posizione dei taxi greci, ordine; questa è un'unità sistematica di un rango o dell'altro). Nel sistema di Linneo, il taxon più grande era la classe, la specie più piccola, la varietà. Questo è stato un passo estremamente importante verso la creazione di un sistema naturale. Linneo ha consolidato l'uso della nomenclatura binaria (cioè doppia) nella scienza per designare le specie. Da allora ogni specie è stata chiamata con due parole: la prima parola significa il genere ed è comune a tutte le specie in essa comprese, la seconda parola è il nome specifico stesso. Con lo sviluppo della scienza, sono state introdotte nel sistema alcune categorie aggiuntive: famiglia, sottoclasse, ecc., e il tipo è diventato il taxon più alto. Ma il principio di costruzione del sistema è rimasto invariato. Ad esempio, la posizione sistematica di un gatto domestico può essere descritta come segue. Il gatto domestico (libico) è un membro del genere dei piccoli gatti della famiglia dei gatti dell'ordine dei mammiferi predatori del sottotipo vertebrato del tipo cordato. Insieme al gatto domestico, il genere dei piccoli gatti comprende il gatto selvatico europeo delle foreste, il gatto delle foreste dell'Amur, il gatto della giungla, la lince e alcuni altri. Linneo creò per quel tempo il sistema più perfetto del mondo organico, includendo in esso tutti gli animali allora conosciuti e tutte le piante conosciute. Essendo un grande scienziato, in molti casi ha combinato correttamente i tipi di organismi in base alla somiglianza della struttura. Tuttavia, l'arbitrarietà nella scelta delle caratteristiche per la classificazione (nelle piante, la struttura di stami e pistilli; negli animali, la struttura del becco negli uccelli; la struttura dei denti nei mammiferi) ha portato Linneo a una serie di errori. Linneo era consapevole dell'artificialità del suo sistema e indicò la necessità di sviluppare un sistema naturale della natura. Ha scritto: "Un sistema artificiale serve solo finché non se ne trova uno naturale". Tuttavia, cosa significava per lo scienziato del XVIII secolo. concetto di "sistema naturale"? Come è noto, il sistema naturale riflette l'origine di animali e piante e si basa sulla loro parentela e somiglianza in termini di totalità delle caratteristiche strutturali essenziali. Durante il regno delle idee religiose, gli scienziati credevano che i tipi di organismi fossero creati indipendentemente l'uno dall'altro dal Creatore e fossero immutati. "Ci sono tante specie", disse Linneo, quante forme diverse l'Onnipotente creò all'inizio del mondo. Pertanto, la ricerca del sistema naturale della natura destinata ai biologi tenta di penetrare nel piano della creazione, che è stato guidato da Dio, creando tutta la vita sulla Terra. La perfezione della struttura delle specie, la corrispondenza reciproca degli organi interni, l'adattabilità alle condizioni di esistenza sono state spiegate dalla saggezza del Creatore. Tuttavia, tra i filosofi e naturalisti del XVII XIX secolo. Era diffuso anche un altro sistema di idee sulla variabilità degli organismi, basato sulle opinioni di alcuni scienziati antichi. Questa direzione nello sviluppo della biologia è chiamata trasformismo (dal latino transformo trasformo, trasformo). I fautori del trasformismo erano scienziati di spicco come R. Hooke, J. La Mettrie, D. Diderot, J. Buffon, Erasmus 10

11 Darwin, J. W. Goethe e molti altri. I trasformatori hanno ammesso la possibilità dell'opportunità delle reazioni degli organismi ai cambiamenti delle condizioni esterne, ma non hanno dimostrato le trasformazioni evolutive degli organismi. Un'interpretazione scientifica dell'origine dell'opportunità organica è stata data solo da Charles Darwin Sviluppo delle idee evolutive. La teoria evolutiva di J.-B. Lamarck Nonostante il predominio delle opinioni sull'immutabilità della natura vivente, i biologi hanno continuato ad accumulare materiale fattuale che contraddiceva queste idee. La scoperta del microscopio nel XVII secolo e la sua applicazione nella ricerca biologica ha notevolmente ampliato gli orizzonti degli scienziati. L'embriologia prese forma come scienza, nacque la paleontologia. Lo scienziato che ha creato la prima teoria evolutiva è stato l'eccezionale naturalista francese Jean-Baptiste Lamarck. A differenza di molti dei suoi predecessori, la teoria dell'evoluzione di Lamarck era basata sui fatti. L'idea dell'incoerenza delle specie è nata da uno scienziato a seguito di uno studio approfondito della struttura di piante e animali. Attraverso il suo lavoro, Lamarck ha dato un grande contributo alla biologia. Il termine stesso "biologia" è stato introdotto da lui. Essendo impegnato nella tassonomia degli animali, Lamarck ha attirato l'attenzione sulla somiglianza delle caratteristiche strutturali essenziali negli animali che non appartengono alla stessa specie. Sulla base della somiglianza, Lamarck ha individuato 10 classi di invertebrati invece delle due classi di Linneo (Insetti e Vermi). Tra questi, gruppi come "Crostacei", "Aracnidi", "Insetti" sono sopravvissuti fino ad oggi, altri gruppi "Molluschi", "Vermi anneriti" sono stati elevati al rango di tipo. La ben nota imperfezione della sistematica di Lamarck è spiegata dal livello di scienza di quel tempo, ma vi è un desiderio principale in essa di evitare l'artificiosità dei raggruppamenti. Possiamo dire che Lamarck ha posto le basi del sistema naturale di classificazione. Fu il primo a sollevare la questione delle cause delle somiglianze e delle differenze negli animali. "Potrei considerare un certo numero di animali dal più perfetto al più imperfetto", scrisse Lamarck, e non cercare di stabilire da cosa possa dipendere questo fatto così straordinario? Non avrei dovuto supporre che la natura creasse in successione vari corpi, ascendendo dal più semplice al più complesso? Prestiamo attenzione alle parole "natura creata". Per la prima volta dai tempi di Lucrezio, lo scienziato osa dire che non è stato Dio a creare organismi di vari gradi di complessità, ma la natura sulla base di leggi naturali. Lamarck ha l'idea di evoluzione. Il suo maggior pregio sta nel fatto che la sua idea evolutiva è elaborata con cura, supportata da numerosi fatti e si trasforma quindi in teoria. Si basa sull'idea di sviluppo, graduale e lento, dal semplice al complesso, e sul ruolo dell'ambiente esterno nella trasformazione degli organismi. Nella sua opera principale "Filosofia della zoologia", pubblicata nel 1809, Lamarck fornisce numerose prove della variabilità delle specie. Tra tali prove, Lamarck fa riferimento ai cambiamenti sotto l'influenza dell'addomesticamento degli animali e della coltivazione delle piante durante la migrazione di organismi verso altri habitat con diverse condizioni di esistenza. Lamarck assegna un ruolo importante nell'emergere di nuove specie ai cambiamenti graduali del regime idrogeologico sulla superficie terrestre e delle condizioni climatiche. Così, nell'analisi dei fenomeni biologici, Lamarck include due nuovi fattori, il fattore tempo e le condizioni ambientali. Questo è stato un grande passo avanti rispetto alle idee meccanicistiche dei fautori dell'immutabilità delle specie. Ma quali sono i meccanismi di variabilità degli organismi e di formazione di nuove specie? undici

12 Lamarck credeva che ce ne fossero due: in primo luogo, il desiderio degli organismi di migliorare e, in secondo luogo, l'influenza diretta dell'ambiente esterno e l'eredità dei tratti acquisiti durante la vita dell'organismo. Le opinioni di Lamarck sul meccanismo dell'evoluzione si sono rivelate errate. Le modalità di adattamento degli organismi viventi all'ambiente e alla speciazione 50 anni dopo furono scoperte da Charles Darwin. Il grande merito di Lamarck sta nel fatto di aver ideato la prima teoria dell'evoluzione del mondo organico, di aver introdotto il principio dello storicismo come condizione per la comprensione dei fenomeni biologici e di aver proposto le condizioni ambientali come ragione principale della variabilità delle specie . La teoria di Lamarck non ha ricevuto riconoscimenti dai suoi contemporanei. Ai suoi tempi, la scienza non era pronta ad accettare l'idea della trasformazione evolutiva; i tempi di cui parlava Lamarck, milioni di anni, sembravano inimmaginabili. Le prove per le cause della variazione delle specie non sono state abbastanza forti. Assegnando un ruolo decisivo nell'evoluzione all'influenza diretta dell'ambiente esterno, all'esercizio e non esercizio degli organi e all'eredità dei tratti acquisiti, Lamarck non poteva spiegare l'emergere di adattamenti dovuti a strutture "morte". Ad esempio, il colore del guscio delle uova di uccelli è chiaramente di natura adattiva, ma è impossibile spiegare questo fatto dal punto di vista della teoria di Lamarck. La teoria di Lamarck procedeva dal concetto di eredità fusa, caratteristica dell'intero organismo e di ciascuna delle sue parti. L'idea che l'eredità sia una proprietà di un organismo nel suo insieme è stata ripresa nelle opere di T. D. Lysenko. Tuttavia, la scoperta della sostanza dell'eredità del DNA e del codice genetico ha eliminato il punto stesso della contesa. Il lamarckismo e il neo-lamarckismo crollarono spontaneamente. Così, sebbene il concetto di immutabilità delle specie non fosse scosso, divenne sempre più difficile per i loro sostenitori spiegare i nuovi e nuovi fatti scoperti dai biologi. Nel primo quarto del XIX sec. grandi progressi furono fatti nell'anatomia comparata e nella paleontologia. Un grande merito nello sviluppo di queste aree della biologia appartiene allo scienziato francese J. Cuvier. Indagando sulla struttura degli organi dei vertebrati, ha scoperto che tutti gli organi di un animale sono parti di un sistema integrale. Di conseguenza, la struttura di ciascun organo è naturalmente correlata alla struttura di tutti gli altri. Nessuna parte del corpo può cambiare senza un corrispondente cambiamento in altre parti. Ciò significa che ogni parte del corpo riflette i principi della struttura dell'intero organismo. Quindi, se un animale ha gli zoccoli, la sua intera organizzazione riflette uno stile di vita erbivoro: i denti sono adattati a macinare cibi vegetali grossolani, le mascelle hanno una certa forma, lo stomaco è multicamerale, gli intestini sono molto lunghi, ecc. e. Se l'intestino di un animale serve a digerire la carne, anche altri organi hanno una struttura corrispondente: denti aguzzi per strappare, mascelle per catturare e trattenere la preda, artigli per afferrarla, una spina dorsale flessibile che favorisce il salto, ecc. Corrispondenza della struttura di organi animali Cuvier si chiamava l'un l'altro il principio delle correlazioni (relatività). Guidato dal principio delle correlazioni, Cuvier studiò le ossa di specie estinte e ripristinò l'aspetto e lo stile di vita di questi animali. I dati paleontologici hanno testimoniato inconfutabilmente il cambiamento nelle forme degli animali sulla Terra. I fatti entrarono in conflitto con la leggenda biblica. Inizialmente, i sostenitori dell'immutabilità della natura vivente spiegarono questa contraddizione in modo molto semplice: quegli animali che Noè non portò nella sua arca durante il diluvio si estinsero. Di tale ragionamento, Darwin scrisse in seguito con ironia nel suo diario: "La teoria secondo cui il mastodonte, ecc. si estinse perché la porta dell'arca di Noè era stata resa troppo stretta". La natura non scientifica dei riferimenti al diluvio biblico divenne evidente quando furono stabiliti i vari gradi di antichità degli animali estinti. Quindi Cuvier avanzò la teoria delle catastrofi. Secondo questa teoria, la causa dell'estinzione è stata periodicamente

13 gravi disastri geologici in uscita che hanno distrutto animali e vegetazione in vaste aree. Questi territori furono poi popolati da specie che penetravano dalle regioni limitrofe. Seguaci e studenti di J. Cuvier, sviluppando il suo insegnamento, sostenevano che le catastrofi coprissero l'intero globo. Ogni catastrofe era seguita da un nuovo atto di creazione. Contavano 27 di tali catastrofi e, di conseguenza, di atti di creazione La teoria delle catastrofi si è diffusa. Tuttavia, c'erano scienziati che dubitavano della teoria, che, secondo Engels, "al posto di un atto di creazione divina, poneva tutta una serie di ripetuti atti di creazione e faceva di un miracolo una leva essenziale della natura". Questi scienziati includevano i biologi russi K. F. Rulye e N. A. Severtsov. Gli studi ecologici di K. F. Rul'e e lo studio della variabilità geografica delle specie di N. A. Severtsov li hanno portati all'idea della possibilità di relazione tra specie e dell'origine di una specie da un'altra. Le opere di N. A. Severtsov furono molto apprezzate da Ch. Darwin. Le controversie tra i sostenitori dell'immutabilità delle specie e gli evoluzionisti spontanei furono poste fine dalla teoria della speciazione profondamente ponderata e fondamentalmente motivata creata da Charles Darwin. Riassunto Fino all'inizio del 19° secolo in biologia venivano usati metodi prevalentemente descrittivi. Successi successivi di spicco nel campo della storia naturale hanno determinato la necessità di teorie, che spiegano i processi che hanno luogo in natura. Il primo tentativo del genere fu compiuto nel 1809 da J.-B. Lamarck, che ha creato la teoria dell'evoluzione degli organismi viventi. Il grande merito dei suoi studi è legato al fatto di aver suggerito il principio storico come base per la comprensione di tutti i fenomeni biologici, e di aver considerato i cambiamenti dell'ambiente come la principale ragione di variazione specifica. Tuttavia, le sue idee sul processo di evoluzione si sono rivelate errate. I meccanismi di adattamento all'ambiente negli organismi viventi, così come la formazione delle specie, furono chiariti da Charles Darwin solo 50 anni dopo. Punti di riferimento 1. Nell'antichità esistevano idee materialistiche spontanee sulla natura vivente. 2. Nel Medioevo, le idee sulla creazione del mondo da parte del Creatore e sull'immutabilità della natura vivente erano dominanti. 3. Lamarck considerava un organismo separato come un'unità evolutiva. 4. Lamarck considerava tutta la natura vivente come una serie continua di gradazioni che cambiano da forme semplici a forme complesse. 5. I progressi della paleontologia hanno dato un contributo significativo allo sviluppo delle idee evolutive. Domande di revisione e compiti 1. Che cos'è un sistema di classificazione pratico per gli organismi viventi? 2. Quale contributo diede K. Linneo alla biologia? 3. Perché il sistema di Linneo è chiamato artificiale? 4. Esporre le principali disposizioni della teoria evoluzionistica di Lamarck. 5. Quali domande non hanno trovato risposta nella teoria evoluzionistica di Lamarck? 6. Qual è l'essenza del principio di correlazione di J. Cuvier? Dare esempi. tredici

14 7. Qual è la differenza tra trasformismo e teoria evoluzionistica? Utilizzando il vocabolario dei titoli "Terminologia" e "Riepilogo", traduci in inglese i paragrafi di "Punti di riferimento". Terminologia Per ogni termine indicato nella colonna di sinistra, selezionare la definizione corrispondente data nella colonna di destra in russo e inglese. Seleziona la definizione corretta per ogni termine nella colonna di sinistra dalle varianti inglese e russa elencate nella colonna di destra. Domande per la discussione Cosa si sapeva della fauna selvatica nel mondo antico? Come si spiega il predominio delle idee sull'immutabilità delle specie nel 18° secolo? Come ha spiegato Cuvier i dati paleontologici sul cambiamento delle forme degli animali sulla Terra? Spiega la teoria delle catastrofi di Cuvier. Quale contributo alla biologia ha dato J.-B. Lamarck? quattordici

15 1.2. Prerequisiti per l'emergere della teoria di Charles Darwin Per apprezzare appieno il pieno significato della rivoluzione nelle scienze biologiche commessa da Charles Darwin, prestiamo attenzione allo stato della scienza e alle condizioni socio-economiche della prima metà del XIX secolo, quando il fu creata la teoria della selezione naturale, fu un periodo di scoperta delle leggi fondamentali dell'universo. Entro la metà del secolo, molte importanti scoperte erano state fatte nelle scienze naturali. Lo scienziato francese P. Laplace ha motivato matematicamente la teoria di I. Kant sullo sviluppo del sistema solare (vedi capitolo 2 del libro di testo "Biologia generale. Grado 10"). L'idea di sviluppo è introdotta nella filosofia da G. Hegel. AI Herzen, in "Lettere sullo studio della natura", pubblicato nel 1999, ha delineato l'idea dello sviluppo storico della natura dai corpi inorganici all'uomo. Ha sostenuto che nelle scienze naturali solo quelle basate sul principio dello sviluppo storico possono essere vere generalizzazioni. Furono scoperte le leggi di conservazione dell'energia, fu stabilito il principio della struttura atomica degli elementi chimici. Nel 1861, A. M. Butlerov creò una teoria sulla struttura dei composti organici. Passerà un po' di tempo e D. I. Mendeleev pubblicherà (1869) la sua famosa Tavola periodica degli elementi. Tale era l'ambiente scientifico in cui operava Charles Darwin. Considera le premesse specifiche dei suoi insegnamenti. Sfondo geologico. Il geologo inglese C. Lyell ha dimostrato l'incoerenza delle idee di Cuvier sulle catastrofi improvvise che cambiano la superficie della Terra e ha confermato il punto di vista opposto: la superficie del pianeta cambia continuamente e non sotto l'influenza di forze speciali, ma sotto l'influenza dei normali fattori quotidiani delle fluttuazioni della temperatura, del vento, della pioggia, del surf e dell'attività vitale degli organismi vegetali e animali. Tra i fattori naturali in costante azione, Lyell ha attribuito i terremoti, le eruzioni vulcaniche. Pensieri simili molto prima che Lyell fossero espressi da M. V. Lomonosov nel suo lavoro "On the Layers of the Earth" e Lamarck. Ma Lyell ha sostenuto le sue opinioni con prove numerose e rigorose. La teoria di Lyell ha avuto una grande influenza sulla formazione della visione del mondo di Charles Darwin. Risultati nel campo della citologia e dell'embriologia. In biologia sono state fatte una serie di importanti scoperte che si sono rivelate incompatibili con le idee sull'immutabilità della natura, sull'assenza di relazioni tra le specie. La teoria cellulare di T. Schwann ha mostrato che la struttura di tutti gli organismi viventi si basa su un elemento strutturale uniforme della cellula. Gli studi sullo sviluppo di embrioni di vertebrati hanno permesso di rilevare gli archi branchiali e la circolazione delle branchie negli embrioni di uccelli e mammiferi, il che ha suggerito l'idea della relazione tra pesci, uccelli, mammiferi e l'origine dei vertebrati terrestri da antenati che conducono uno stile di vita acquatico . L'accademico russo K. Baer ha mostrato che lo sviluppo di tutti gli organismi inizia con l'uovo e che nelle prime fasi dello sviluppo si trova una sorprendente somiglianza nella struttura degli embrioni di animali appartenenti a classi diverse. La teoria dei tipi sviluppata da J. Cuvier ha svolto un ruolo importante nello sviluppo della biologia. Sebbene J. Cuvier fosse un convinto sostenitore dell'immutabilità delle specie, la somiglianza della struttura degli animali da lui stabilita entro i limiti del tipo indicava oggettivamente la loro possibile relazione e origine dalla stessa radice. quindici

16 Così, in vari campi delle scienze naturali (geologia, paleontologia, biogeografia, embriologia, anatomia comparata, studio della struttura cellulare degli organismi), i materiali raccolti dagli scienziati contraddicevano le idee sull'origine divina e sull'immutabilità della natura. Il grande scienziato inglese C. Darwin è stato in grado di spiegare correttamente tutti questi fatti, generalizzarli e creare una teoria dell'evoluzione Il materiale di spedizione di C. Darwin Tracciamo le fasi principali del percorso di vita, la formazione della visione del mondo di Darwin e il suo sistema di prova. Charles Robert Darwin nacque il 12 febbraio 1809 nella famiglia di un medico. All'università studiò prima in medicina, poi in teologia e sarebbe diventato sacerdote. Allo stesso tempo mostrò una grande inclinazione verso le scienze naturali, fu appassionato di geologia, botanica e zoologia. Dopo la laurea (1831), a Darwin fu offerto un posto di naturalista sulla nave Beagle, che stava partendo per un viaggio intorno al mondo per rilievi cartografici. Darwin accetta l'invito e i cinque anni trascorsi nella spedizione () sono diventati una svolta nel suo stesso destino scientifico e nella storia della biologia. Fig Scheletri di bradipi in Sud America (veduta moderna a destra, fossile a sinistra) Durante il viaggio, osservazioni fatte con grande precisione e abilità portarono Darwin a riflettere sulle ragioni delle somiglianze e differenze tra le specie. La sua scoperta principale, scoperta nei depositi geologici del Sud America, sono gli scheletri di edentuli giganti estinti, molto simili ai moderni armadilli e pigri 16

17 tsami (Fig. 1.1). Darwin fu ancor più colpito dallo studio della composizione delle specie degli animali nelle isole Galapagos. Su queste isole vulcaniche di origine recente, Darwin ha scoperto specie vicine di fringuelli, simili alle specie della terraferma, ma adattate a diverse fonti di cibo: semi duri, insetti, nettare di fiori di piante (Fig. 1.2). Sarebbe assurdo presumere che per ogni isola vulcanica emergente, il Creatore crei la propria specie speciale di animali. È più ragionevole trarre una conclusione diversa: gli uccelli sono arrivati ​​sull'isola dalla terraferma e sono cambiati in seguito all'adattamento alle nuove condizioni di vita. Pertanto, Darwin solleva la questione del ruolo delle condizioni ambientali nella speciazione. Darwin osservò un'immagine simile al largo delle coste africane. Gli animali che vivono nelle isole di Capo Verde, nonostante alcune somiglianze con le specie della terraferma, differiscono ancora da loro per caratteristiche essenziali. Dal punto di vista della creazione delle specie, Darwin non ha saputo spiegare le caratteristiche dello sviluppo del roditore tuko-tuko da lui descritto, che vive in tane sotterranee e dà alla luce cuccioli vedenti, che poi diventano ciechi. Riso Varietà di fringuelli di Darwin nelle Isole Galapagos e dintorni. Noce di cocco (a seconda della natura del cibo) Questi e molti altri fatti hanno scosso la credenza di Darwin nella creazione di specie. Ritornato in Inghilterra, si è posto il compito di risolvere la questione dell'origine delle specie. Punti di riferimento 1. Il rapido sviluppo delle scienze naturali nell'Ottocento. ha fornito un numero crescente di fatti che contraddicevano le idee sull'immutabilità della natura. 2. Lo studio della natura del Sud America e delle Isole Galapagos ha permesso a Darwin di formulare le prime ipotesi sui meccanismi di cambiamento delle specie. Domande di revisione e compiti 1. Quali dati di geologia sono serviti come prerequisito per la teoria evoluzionistica di Darwin? 2. Descrivere i prerequisiti delle scienze naturali per la formazione delle visioni evoluzionistiche di Ch. Darwin. 3. Quali osservazioni di Charles Darwin hanno scosso la sua fede nell'immutabilità delle specie? Utilizzando il vocabolario dei titoli "Terminologia" e "Riepilogo", traduci in inglese i paragrafi di "Punti di riferimento". 17

18 1.3. La teoria evolutiva di Charles Darwin L'opera principale di Charles Darwin "The Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Selected Breeds in the Struggle for Life", che cambiò radicalmente l'idea di fauna selvatica, apparve nel 1859. Questo evento è stato preceduto da più di vent'anni di lavoro sullo studio e la comprensione del ricco materiale fattuale raccolto sia dallo stesso Charles Darwin che da altri scienziati La dottrina della selezione artificiale di Charles Darwin Darwin tornò in Inghilterra da un viaggio intorno al mondo come convinto sostenitore della variabilità delle specie sotto l'influenza delle condizioni dell'habitat. Anche i dati di geologia, paleontologia, embriologia e altre scienze hanno indicato la variabilità del mondo organico. Tuttavia, la maggior parte degli scienziati non ha riconosciuto l'evoluzione: nessuno ha osservato la trasformazione di una specie in un'altra. Pertanto, Darwin concentrò i suoi sforzi sulla scoperta del meccanismo del processo evolutivo. A tal fine, si rivolse alla pratica dell'agricoltura in Inghilterra. A questo punto, in questo paese erano state allevate 150 razze di piccioni, molte razze di cani, bovini, polli, ecc.. Il lavoro è stato svolto intensamente sulla selezione di nuove razze di animali e varietà di piante coltivate. I sostenitori della permanenza delle specie hanno sostenuto che ogni varietà, ogni razza ha uno speciale antenato selvatico. Darwin ha dimostrato che non era così. Tutte le razze di polli discendono da polli banchieri selvatici, anatre domestiche da anatre domestiche selvatiche, razze di conigli da conigli selvatici europei. Gli antenati del bestiame erano due tipi di uro selvatico e i cani erano il lupo e, per alcune razze, forse lo sciacallo. Allo stesso tempo, le razze animali e le varietà vegetali possono differire molto nettamente. Si consideri la Figura 1.3. Mostra alcune razze del piccione domestico. Hanno proporzioni corporee, dimensioni, piumaggio, ecc. disuguali, sebbene provengano tutti dallo stesso antenato del piccione selvatico. Le appendici della testa dei galli sono estremamente diverse (Fig. 1.4) e sono tipiche di ogni razza. Un quadro simile si osserva tra le varietà di piante coltivate. Molto diversi tra loro, ad esempio, le varietà di cavolo. Da una specie selvatica, una persona ha ottenuto cavoli, cavolfiori, cavoli rapa, cavoli da foraggio, il cui stelo supera l'altezza di una persona, ecc. (vedi la figura nel libro di testo "Biologia generale. Grado 10"). Varietà di piante e razze di animali servono a soddisfare i bisogni materiali o estetici dell'uomo. Questo da solo dimostra in modo convincente che sono fatti dall'uomo. In che modo una persona ha ottenuto numerose varietà di piante e razze animali, su quali modelli si basa nel suo lavoro? Darwin ha trovato la risposta a questa domanda studiando i metodi dei contadini inglesi. I loro metodi si basavano su un principio: durante l'allevamento di animali o piante, cercavano esemplari tra individui che portassero il tratto desiderato nell'espressione più sorprendente e lasciavano solo tali organismi per la riproduzione. Se, ad esempio, il compito è aumentare la resa del grano, l'allevatore seleziona da un'enorme massa di piante alcuni dei migliori esemplari con il maggior numero di spighette. L'anno successivo vengono seminati solo i grani di queste piante e tra questi si trovano ancora organismi che hanno il maggior numero di spighette. Ciò continua per diversi anni e, di conseguenza, appare una nuova varietà di grano a spighe multiple. diciotto

19 Riso Razze di piccione domestico: 1 messaggero, 2 colombaccio, 3 giacobino, 4 piccione civetta, 5 pulcinella di mare, 6 tumbler, 7 piccione trombetta, 8 tratti di piccione riccio negli organismi e la selezione da parte dell'uomo di tali cambiamenti che deviano maggiormente negli organismi direzione che desidera. In un certo numero di generazioni, tali cambiamenti si accumulano e diventano una caratteristica stabile della razza o della varietà. Per la selezione, conta solo la variabilità individuale, indeterminata (ereditaria). Poiché le mutazioni sono rare, la selezione artificiale può avere successo solo se viene effettuata su un gran numero di individui. Ci sono anche casi in cui una singola mutazione importante porta all'emergere di una nuova razza. Nasce così la razza anconetana di pecora dalle zampe corte, bassotto, anatra dal becco adunco e alcune varietà di piante. Gli individui con tratti radicalmente cambiati sono stati salvati e utilizzati per creare una nuova razza. Di conseguenza, la selezione artificiale è intesa come il processo di creazione di nuove razze di animali e varietà di piante coltivate attraverso la conservazione e la riproduzione sistematiche di individui con determinati tratti e proprietà che sono preziosi per l'uomo in un certo numero di generazioni. Darwin ha identificato due forme di selezione artificiale, conscia o metodica e inconscia. selezione metodologica. La selezione consapevole sta nel fatto che l'allevatore si pone un compito specifico e seleziona in base a uno o due tratti. Questo approccio ti consente di ottenere un grande successo. Darwin fornisce un esempio del rapido allevamento di nuove razze. Quando fu fissato il compito di girare lo stemma pensile degli spagnoli 19

20 galli in uno in piedi, poi dopo cinque anni si ottenne la forma prevista. I polli con la "barba" sono stati allevati dopo sei anni. Le possibilità della selezione artificiale nel cambiare e trasformare la struttura e le proprietà sono estremamente elevate. Ad esempio, una mucca semibrada produce l di latte all'anno e singoli individui di moderne razze da latte fino a l. Le pecore merino hanno quasi 10 volte più peli per unità di superficie rispetto alle pecore di razza. Ci sono grandissime differenze nella struttura del corpo in varie razze di cani: levriero, bulldog, San Bernardo, barboncino o spitz. Fig. Appendici della testa in galli di varie razze Condizioni per il successo della selezione artificiale metodica un gran numero iniziale di individui. Una tale selezione è impossibile con la produzione agricola (contadina) su piccola scala. Non è possibile allevare una nuova razza se l'azienda ha 1 2 cavalli o più pecore. Pertanto, lo studio dei metodi di selezione utilizzati nell'agricoltura capitalista su larga scala in Inghilterra nel XIX secolo ha permesso a Darwin di formulare il principio della selezione artificiale e, utilizzando questo principio, di spiegare non solo la ragione del miglioramento delle forme, ma anche la loro diversità. 20

21 Tuttavia, gli animali domestici, così significativamente diversi dagli antenati selvatici, sono apparsi nell'uomo preistorico, molto prima dell'uso consapevole dei metodi di selezione. Come è successo? Secondo Darwin, nel processo di addomesticamento degli animali selvatici, l'uomo attuava una forma primitiva di selezione artificiale, che chiamò inconscio. selezione inconscia. Tale selezione è chiamata inconscia nel senso che una persona non si è prefissata l'obiettivo di allevare una razza o una varietà particolare. Ad esempio, gli animali peggiori venivano uccisi e mangiati per primi, mentre quelli più pregiati venivano conservati (una mucca più lattiginosa, un pollo ben allevato, ecc.). Darwin cita l'esempio degli abitanti della Terra del Fuoco, che mangiano cani durante la carestia, gatti che catturano peggio le lontre, e cercano a tutti i costi di mantenere i cani migliori. La selezione inconscia esiste ancora nell'economia contadina, ma la sua influenza sull'aumento della diversità degli animali domestici e delle piante coltivate si manifesta molto più lentamente. C. Darwin non ha avuto l'opportunità di fornire esempi di addomesticamento di animali selvatici attraverso la selezione artificiale effettuata sperimentalmente. Ci sono esempi del genere oggi. Lo scienziato russo accademico D.K. Belyaev, lavorando con volpi nero-argento allevate in cattività (famiglia canina), ha scoperto un fenomeno interessante. Gli animali differivano notevolmente nel loro comportamento e nella loro reazione agli umani. DK Belyaev ha identificato tre gruppi tra loro: aggressivo, che cerca di attaccare una persona, codardo-aggressivo, ha paura di una persona e allo stesso tempo vuole attaccarlo, e relativamente calmo con un pronunciato istinto esplorativo. In quest'ultimo gruppo, lo scienziato ha condotto una selezione in base alle reazioni comportamentali: ha lasciato animali più tranquilli per l'allevamento, in cui l'interesse per l'ambiente ha prevalso sulla reazione di paura e protezione. In seguito alla selezione in diverse generazioni, è stato possibile ottenere individui che si comportassero come cani domestici: entravano facilmente in contatto con l'uomo, godevano dell'affetto, ecc., la coda era piegata ad uncino (come i siberian husky), un sulla fronte è apparso un asterisco, così caratteristico dei cani domestici (non di razza). Se le volpi selvatiche si riproducono una volta all'anno, quelle addomesticate due volte. Anche alcune altre funzionalità sono cambiate. Nell'esempio descritto, si trova una relazione tra i cambiamenti nella struttura e il comportamento degli animali. Darwin notò una tale relazione e la chiamò variabilità correlativa o correlativa. Ad esempio, lo sviluppo delle corna nelle pecore e nelle capre è combinato con la lunghezza del mantello. Gli animali intervistati hanno i capelli corti. I cani di razze glabre di solito hanno deviazioni nella struttura dei denti. Lo sviluppo della cresta sulla testa di polli e oche è combinato con un cambiamento nel cranio. Nei gatti, la pigmentazione del pelo è associata al funzionamento dei sensi: i gatti bianchi con gli occhi azzurri sono sempre sordi. La variabilità correlativa si basa sull'azione pleiotropica (multipla) dei geni. Punti di riferimento 1. Ch. Darwin ha individuato due forme principali di selezione artificiale: metodica e inconscia. 2. Le conquiste dell'agricoltura in Inghilterra nel XIX secolo. nel campo dell'allevamento numerose razze di animali domestici e varietà vegetali sono servite per C. Darwin come modello dei processi che si verificano in natura. 3. La produzione agricola su larga scala in Inghilterra è considerata un prerequisito socioeconomico per la teoria di Charles Darwin. 21

22 Domande di revisione e assegnazione 1. In che modo Charles Darwin ha risolto la domanda sugli antenati degli animali domestici? 2. Fornire esempi della varietà di razze di animali domestici e varietà di piante coltivate. Cosa spiega questa diversità? 3. Qual è il metodo principale per allevare nuove varietà e razze? 4. Come cambia la struttura e il comportamento degli animali nel processo di addomesticamento? Dare esempi. Utilizzando il vocabolario delle intestazioni "Terminology" e "Summary", tradurre in inglese i paragrafi dei "Reference points" Dottrina della selezione naturale di Ch. Darwin Selezione artificiale, cioè la conservazione degli individui con tratti utili alla riproduzione e all'eliminazione di tutti gli altri, è svolto da una persona che si prefigge determinati compiti. I tratti accumulati dalla selezione artificiale sono benefici per l'uomo, ma non necessariamente per gli animali. Darwin ha suggerito che in natura i tratti utili solo per gli organismi e la specie nel suo insieme si accumulano in modo simile, a seguito dei quali si formano specie e varietà. In questo caso è stato necessario stabilire la presenza di incerta variabilità individuale negli animali e nelle piante selvatiche. Inoltre, era necessario provare l'esistenza in natura di una sorta di fattore guida che agisse in modo simile alla volontà dell'uomo nel processo di selezione artificiale. Variabilità individuale generale e prole in eccesso. Darwin ha mostrato che nei rappresentanti di specie selvatiche di animali e piante, la variabilità individuale è ampiamente rappresentata. Le deviazioni individuali possono essere benefiche, neutre o dannose per l'organismo. Tutti gli individui lasciano la prole? In caso negativo, quali fattori mantengono gli individui con tratti utili ed eliminano tutti gli altri? Darwin si rivolse all'analisi della riproduzione degli organismi. Tutti gli organismi lasciano una progenie significativa, a volte molto numerosa. Un individuo di aringhe genera in media circa 40 mila uova, 2 milioni di storione, rane fino a 10 mila uova. Fino a mille semi maturano ogni anno su una pianta di papavero. Anche gli animali che si riproducono lentamente hanno il potenziale per lasciare un numero enorme di prole. Le femmine di elefante danno alla luce bambini di età compresa tra i 30 e i 90 anni. Per 60 anni danno alla luce in media 6 elefanti. I calcoli mostrano che anche con un tasso di riproduzione così basso, dopo 750 anni, la progenie di una coppia di elefanti sarebbe di 19 milioni di individui. Basandosi su questi e molti altri esempi, Darwin conclude che in natura qualsiasi tipo di animale e pianta tende a riprodursi in modo esponenziale. Allo stesso tempo, il numero di adulti di ciascuna specie rimane relativamente costante. Ogni coppia di organismi produce molti più figli di quanti ne sopravvivano fino all'età adulta. La maggior parte degli organismi che nascono, quindi, muoiono prima di raggiungere la maturità sessuale. Le cause della morte sono molteplici: mancanza di cibo dovuta alla competizione con i rappresentanti della propria specie, attacco da parte dei nemici, azione di fattori ambientali fisici sfavorevoli di siccità, forti gelate, temperature elevate, ecc. Ciò implica la seconda conclusione di Darwin : in natura c'è una continua lotta per l'esistenza. Questo termine va inteso in senso lato, come qualsiasi dipendenza degli organismi dall'intero complesso delle condizioni della natura vivente che lo circonda. In altre parole, la lotta per l'esistenza è un insieme di relazioni diverse e complesse che esistono tra organismi e condizioni ambientali. Quando il leone prende la preda dalla iena, 22

24 viene costruita la struttura genetica della specie, grazie alla riproduzione, nuovi caratteri sono ampiamente distribuiti, appare una nuova specie. Di conseguenza, le specie cambiano nel processo di adattamento alle condizioni ambientali. La forza trainante dietro il cambiamento delle specie, cioè l'evoluzione, è la selezione naturale. Il materiale per la selezione è la variabilità ereditaria (indefinita, individuale, mutazionale). La variabilità dovuta all'influenza diretta dell'ambiente esterno sugli organismi (gruppo, modifica) non ha importanza per l'evoluzione, poiché non è ereditata. Formazione di nuove specie. Darwin immaginava l'emergere di nuove specie come un lungo processo di accumulazione di utili cambiamenti individuali, in aumento di generazione in generazione. Perché sta succedendo? Le risorse vitali (cibo, terreno fertile, ecc.) sono sempre limitate. Pertanto, la lotta più feroce per l'esistenza si svolge tra gli individui più simili. Al contrario, ci sono meno bisogni identici tra individui diversi all'interno della stessa specie e la concorrenza è più debole. Pertanto, individui dissimili hanno un vantaggio nel lasciare la prole. Con ogni generazione, le differenze diventano più pronunciate e le forme intermedie simili tra loro si estinguono. Quindi da una specie si formano due o più. Il fenomeno della divergenza dei caratteri, che porta alla speciazione, Darwin chiamava divergenza (dal latino divergo io devio, io parto). Darwin illustra il concetto di divergenza con esempi che si trovano in natura. La competizione tra i predatori a quattro zampe ha portato al fatto che alcuni di loro sono passati a nutrirsi di carogne, altri si sono trasferiti in nuovi habitat, alcuni di loro hanno persino cambiato habitat e hanno iniziato a vivere nell'acqua o sugli alberi, ecc. La divergenza può anche essere causato da condizioni ambientali diseguali in diverse regioni del territorio occupato dalla specie. Ad esempio, due gruppi di individui di una specie accumuleranno quindi cambiamenti diversi. C'è un processo di divergenza di segni. Dopo un certo numero di generazioni, tali gruppi diventano varietà e quindi specie. L'azione della selezione naturale può essere osservata nell'esperimento. Nel nostro paese, la mantide religiosa comune è un grande insetto predatore (la lunghezza del corpo nelle femmine raggiunge i mm), si nutre di una varietà di piccoli insetti, afidi, insetti e mosche. Il colore dei diversi individui di questa specie è verde, giallo e marrone. Le mantidi religiose verdi si trovano tra l'erba e gli arbusti, marroni sulle piante che bruciano dal sole. La non casualità di una tale distribuzione di animali è stata dimostrata dagli scienziati in un esperimento su un'area marrone sbiadita ripulita dall'erba. Le mantidi religiose di tutti e tre i colori erano legate ai pioli sulla piattaforma. Durante l'esperimento, gli uccelli hanno distrutto il 60% del giallo, il 55% del verde e solo il 20% delle mantidi religiose marroni, in cui il colore del corpo coincideva con il colore di sfondo. Esperimenti simili sono stati effettuati con pupe della farfalla dell'alveare. Se il colore della pupa non corrispondeva al colore dello sfondo, gli uccelli distruggevano molte più pupe che se lo sfondo corrispondesse al colore. Gli uccelli acquatici in piscina catturano principalmente pesci, il cui colore non corrisponde al colore del fondo. È importante notare che non è un singolo tratto che conta per la sopravvivenza, ma un complesso di tratti. Nello stesso esperimento con le mantidi religiose, che è molto semplice rispetto alle condizioni naturali reali, tra individui marroni protetti dal colore del corpo, gli uccelli beccavano insetti irrequieti e attivamente in movimento. Le mantidi religiose calme e sedentarie evitarono l'attacco. Lo stesso segno, a seconda delle condizioni circostanti, può contribuire alla sopravvivenza o, al contrario, attirare l'attenzione dei nemici. La figura 1.5 mostra due forme della farfalla falena betulla. La forma chiara è appena percettibile su tronchi chiari e alberi ricoperti di licheni, mentre la forma mutante è scura24

25 su di essi è ben visibile la forma dipinta (A). Le farfalle scure sono prevalentemente beccate dagli uccelli. La situazione cambia vicino alle imprese industriali: la fuliggine che ricopre i tronchi degli alberi crea uno sfondo protettivo per i mutanti, mentre una farfalla leggera è chiaramente visibile (B). Le mutazioni e il processo sessuale creano eterogeneità genetica all'interno di una specie. La loro azione, come si può vedere dagli esempi precedenti, non è direzionale. L'evoluzione, d'altra parte, è un processo diretto, associato allo sviluppo di adattamenti man mano che la struttura e le funzioni di animali e piante diventano progressivamente più complesse. C'è un solo fattore evolutivo diretto di selezione naturale. Possono essere selezionati singoli o interi gruppi. In ogni caso, la selezione preserva gli organismi più adatti a un dato ambiente. Molto spesso, la selezione conserva tratti e proprietà sfavorevoli per un individuo, ma utili per un gruppo di individui o per la specie nel suo insieme. Un esempio di tale dispositivo è il pungiglione seghettato di un'ape. Un'ape pungente lascia un pungiglione nel corpo del nemico e muore, ma la morte di un individuo contribuisce alla conservazione della colonia di api. Figura Forme della falena I fattori di selezione sono le condizioni dell'ambiente esterno, più precisamente l'intero complesso delle condizioni ambientali abiotiche e biotiche. A seconda di queste condizioni, la selezione agisce in direzioni diverse e porta a risultati evolutivi diseguali. Attualmente esistono diverse forme di selezione naturale, di cui di seguito verranno considerate solo le principali. Darwin ha mostrato che il principio della selezione naturale spiega l'emergere di tutte, senza eccezioni, le principali caratteristiche del mondo organico: dai segni caratteristici di grandi gruppi sistematici di organismi viventi ai piccoli adattamenti. La teoria di Darwin ha posto fine a una lunga ricerca da parte degli scienziati naturali che hanno cercato di trovare una spiegazione per molte delle somiglianze osservate negli organismi appartenenti a specie diverse. Darwin ha spiegato questa somiglianza per parentela e ha mostrato come procede la formazione di nuove specie, come avviene l'evoluzione. Da un punto di vista teorico generale, la cosa principale nell'insegnamento di Darwin è l'idea dello sviluppo della natura vivente, che si oppone all'idea di un mondo congelato e immutabile. Il riconoscimento degli insegnamenti di Darwin segnò una svolta nella storia delle scienze biologiche. I fatti accumulati nel periodo pre-darwiniano dello sviluppo della biologia ricevettero una nuova luce. Sono emerse nuove tendenze in biologia: embriologia evolutiva, paleontologia evolutiva, ecc. 25

26 La dottrina di Darwin serve come base scientifica naturale per comprendere i meccanismi biologici dello sviluppo della vita sulla Terra. La spiegazione materialistica dell'opportunità della struttura degli organismi viventi, dell'origine e della diversità delle specie è generalmente accettata nella scienza. Il lavoro di Darwin è stato uno dei più grandi successi delle scienze naturali nel 19° secolo. Punti di riferimento 1. Gli individui di qualsiasi specie sono caratterizzati da una variabilità individuale universale (ereditaria). 2. Il numero di discendenti all'interno di ciascuna specie di organismi è molto grande e le risorse alimentari sono sempre limitate. Domande di ripasso e compiti 1. Che cos'è la selezione naturale? 2. Qual è la lotta per l'esistenza? Quali sono le sue forme? 3. Quale forma di lotta per l'esistenza è la più intensa e perché? Utilizzando il vocabolario dei titoli "Terminologia" e "Riepilogo", traduci in inglese i paragrafi di "Punti di riferimento". Domande per la discussione Richiama il materiale dei capitoli precedenti. Quali processi che avvengono in natura riducono l'intensità della lotta intraspecifica per l'esistenza? Qual è il significato biologico di questo fenomeno? Quali sono, secondo lei, le ragioni biologiche per la conservazione della vita degli individui eliminati dalla riproduzione? 1.4. Idee moderne sui meccanismi e gli schemi dell'evoluzione. Microevoluzione La teoria evolutiva di Ch. Darwin si basa sull'idea di una specie. Che cos'è una specie e quanto è reale la sua esistenza in natura? Visualizzazione. Criteri e struttura Una specie è un insieme di individui che hanno una struttura simile, hanno un'origine comune, si incrociano liberamente tra loro e danno prole fertile. Tutti gli individui della stessa specie hanno lo stesso cariotipo, comportamento simile e occupano una determinata area (area di distribuzione). Una delle caratteristiche importanti di una specie è il suo isolamento riproduttivo, cioè l'esistenza di meccanismi che impediscono l'afflusso di geni dall'esterno. La protezione del pool genetico di una data specie dall'afflusso di geni di altre specie, comprese quelle strettamente correlate, si ottiene in diversi modi. I tempi di riproduzione in specie strettamente imparentate potrebbero non coincidere. Se le date sono le stesse, i siti di riproduzione non corrispondono. Ad esempio, le femmine di una specie di rane depongono le uova lungo le rive dei fiumi, l'altra specie nelle pozzanghere. In questo caso è esclusa l'inseminazione accidentale di uova da parte di maschi di altra specie. Molte specie animali hanno un rigoroso rituale di accoppiamento. Se uno dei potenziali partner per l'attraversamento del rituale comportamentale si discosta dalla specie, l'accoppiamento non si verifica. Se si verifica l'accoppiamento, gli spermatozoi del maschio dell'altra specie non saranno in grado di penetrare nell'uovo e le uova non verranno fecondate26

27 fretta. Le fonti di cibo preferite servono anche come fattore di isolamento: gli individui si nutrono in diversi biotopi e la probabilità di incroci tra loro diminuisce. Ma a volte (con incrocio interspecifico) si verifica la fecondazione. In questo caso, gli ibridi risultanti sono caratterizzati da una ridotta vitalità oppure sono sterili e non producono prole. Un famoso esempio di mulo è un ibrido di cavallo e asino. Essendo abbastanza vitale, il mulo è sterile a causa di una violazione della meiosi: i cromosomi non omologhi non si coniugano. I meccanismi elencati che impediscono lo scambio di geni tra le specie non sono ugualmente efficaci, ma in combinazione in condizioni naturali creano un isolamento genetico impenetrabile tra le specie. Di conseguenza, la specie è una vera e propria unità geneticamente indivisibile del mondo organico. Ciascuna specie occupa un areale più o meno esteso (da area latina, spazio). A volte è relativamente piccolo: per le specie che vivono nel Baikal, è limitato a questo lago. In altri casi, l'areale della specie copre vasti territori. Pertanto, il corvo nero è quasi onnipresente nell'Europa occidentale. L'Europa orientale e la Siberia occidentale sono abitate da un'altra specie di corvo grigio. L'esistenza di determinati confini della distribuzione di una specie non significa che tutti gli individui si muovano liberamente all'interno dell'areale. Il grado di mobilità degli individui è espresso dalla distanza per la quale l'animale può muoversi, cioè dal raggio di attività individuale. Nelle piante, questo raggio è determinato dalla distanza entro la quale possono diffondersi polline, semi o parti vegetative, in grado di dare origine ad una nuova pianta. Per una lumaca d'uva, il raggio di attività è di diverse decine di metri, per una renna è di più di cento chilometri, per un topo muschiato è di diverse centinaia di metri. A causa del limitato raggio di attività, le arvicole forestali che vivono in una foresta hanno poche possibilità di incontrare durante la stagione riproduttiva le arvicole forestali che abitano una foresta vicina. Le rane comuni che depongono le uova in un lago sono isolate dalle rane di un altro lago, situato a pochi chilometri dal primo. In entrambi i casi, l'isolamento non è completo perché singole arvicole e rane possono migrare da un habitat all'altro. Gli individui di qualsiasi specie sono distribuiti in modo non uniforme all'interno dell'intervallo delle specie. Aree con una densità di popolazione relativamente alta si alternano ad aree in cui l'abbondanza di una specie è bassa o non vi sono affatto individui di questa specie. Pertanto, una specie è considerata come un insieme di singoli gruppi di popolazioni di organismi. Una popolazione è un insieme di individui di una determinata specie che occupano una determinata area del territorio all'interno dell'area di distribuzione della specie, incrociandosi liberamente tra loro e parzialmente o completamente isolati dalle altre popolazioni. In realtà, la specie esiste sotto forma di popolazioni. Il pool genetico di una specie è rappresentato dai pool genetici delle popolazioni. La popolazione è l'unità elementare dell'evoluzione. Punti di riferimento 1. Una specie è un'unità elementare della vita reale della natura. 2. La base dell'esistenza di una specie come unità genetica della natura vivente è il suo isolamento riproduttivo. 3. La stragrande maggioranza delle specie di organismi viventi è costituita da singole popolazioni. 4. La popolazione, secondo i concetti moderni, è un'unità evolutiva elementare. Domande per la revisione e le assegnazioni 1. Definire la specie. 27

28 2. Descrivere quali meccanismi biologici impediscono lo scambio di geni tra specie. 3. Qual è la ragione dell'infertilità degli ibridi interspecifici? 4. Qual è la gamma di specie? 5. Qual è il raggio di attività individuale degli organismi? Fornisci esempi di raggio di attività individuale per piante e animali. 6. Che cos'è una popolazione? Dai una definizione. Utilizzando il vocabolario delle sezioni "Terminologia" e "Riepilogo", traduci in inglese i paragrafi dei "Punti di riferimento". Il ruolo evolutivo delle mutazioni Attraverso lo studio dei processi genetici in una popolazione di organismi viventi, la teoria evolutiva è stata ulteriormente sviluppata. Un grande contributo alla genetica delle popolazioni è stato dato dallo scienziato russo S. S. Chetverikov. Ha richiamato l'attenzione sulla saturazione delle popolazioni naturali con mutazioni recessive, nonché sulle fluttuazioni della frequenza dei geni nelle popolazioni a seconda dell'azione dei fattori ambientali, e ha motivato l'affermazione che questi due fenomeni sono la chiave per comprendere i processi evolutivi. In effetti, il processo di mutazione è una fonte in costante azione di variabilità ereditaria. I geni mutano ad una certa frequenza. Si stima che in media un gamete su 100 mila 1 milione di gameti porti una nuova mutazione emersa in un particolare locus. Poiché molti geni mutano contemporaneamente, la % dei gameti porta l'uno o l'altro allele mutante. Pertanto, le popolazioni naturali sono sature di un'ampia varietà di mutazioni. A causa della variabilità combinativa, le mutazioni possono essere ampiamente distribuite nelle popolazioni. La maggior parte degli organismi sono eterozigoti per molti geni. Si potrebbe presumere che come risultato della riproduzione sessuale, organismi omozigoti sarebbero costantemente allevati tra la prole e la proporzione di eterozigoti dovrebbe diminuire costantemente. Tuttavia, questo non accade. Il fatto è che nella stragrande maggioranza dei casi gli organismi eterozigoti si adattano meglio alle condizioni di esistenza rispetto a quelli omozigoti. Torniamo all'esempio della farfalla falena betulla. Sembrerebbe che farfalle di colore chiaro, omozigoti per l'allele recessivo (aa), che vivono in una foresta con tronchi d'albero scuri, debbano essere rapidamente distrutte dai nemici, e farfalle di colore scuro omozigoti per l'allele dominante (AA) dovrebbero diventare le si formano solo in queste condizioni di vita. Ma per molto tempo nelle fumose foreste dell'Inghilterra meridionale si trovano costantemente farfalle di falena di colore chiaro. Si è scoperto che i bruchi omozigoti per l'allele dominante non digeriscono le foglie di betulla ricoperte di fuliggine e fuliggine, mentre i bruchi eterozigoti crescono molto meglio con questo cibo. Pertanto, la maggiore flessibilità biochimica degli organismi eterozigoti porta a una loro migliore sopravvivenza e la selezione agisce a favore degli eterozigoti. Pertanto, sebbene la maggior parte delle mutazioni in queste condizioni specifiche siano dannose e, nello stato omozigote, le mutazioni tendano a ridurre la vitalità degli individui, persistono nelle popolazioni a causa della selezione a favore degli eterozigoti. Per comprendere le trasformazioni evolutive, è importante ricordare che le mutazioni dannose in un ambiente possono aumentare la vitalità in altre condizioni ambientali. Oltre agli esempi precedenti, si possono evidenziare i seguenti. Una mutazione che provoca il sottosviluppo o la completa assenza di ali negli insetti è certamente dannosa in condizioni normali, ed è priva di ali.

29 Gli individui mentitori vengono rapidamente sostituiti da individui normali. Ma sulle isole oceaniche e sui passi di montagna, dove soffiano forti venti, tali insetti hanno un vantaggio rispetto agli individui con ali normalmente sviluppate. Pertanto, il processo di mutazione è la fonte della riserva di variabilità ereditaria delle popolazioni. Mantenendo un alto grado di diversità genetica nelle popolazioni, fornisce le basi per il funzionamento della selezione naturale. Punti di riferimento 1. Nelle popolazioni effettivamente esistenti, il processo di mutazione procede continuamente, portando all'emergere di nuove varianti di geni e, di conseguenza, di tratti. 2. Le mutazioni sono una fonte costante di variabilità ereditaria. Domande per la ripetizione e compiti 1. Quali modelli genetici della popolazione ha rivelato il biologo russo S. S. Chetverikov? 2. Qual è la frequenza di mutazione di uno specifico gene nelle condizioni naturali di esistenza degli individui? Utilizzando il vocabolario delle rubriche "Terminology" e "Summary", traduci in inglese i paragrafi dei "Reference points" Stabilità genetica delle popolazioni Analizzando i processi che avvengono in una popolazione che si incrocia liberamente, lo scienziato inglese K. Pearson nel 1904 ne stabilì l'esistenza di modelli che descrivono la sua struttura genetica. Questa generalizzazione, chiamata legge dell'incrocio stabilizzante (legge di Pearson), può essere formulata come segue: in condizioni di incrocio libero, per qualsiasi rapporto iniziale del numero di forme parentali omozigoti ed eterozigoti, a seguito del primo incrocio, uno stato di equilibrio si stabilisce all'interno della popolazione se le frequenze alleliche iniziali sono le stesse per entrambi i piani. Di conseguenza, qualunque sia la struttura genotipica della popolazione, cioè indipendentemente dallo stato iniziale, già nella prima generazione ottenuta dal libero incrocio, si stabilisce uno stato di equilibrio di popolazione, descritto da una semplice formula matematica. Questa legge, importante per la genetica delle popolazioni, fu formulata nel 1908 indipendentemente dal matematico G. Hardy in Inghilterra e dal medico W. Weinberg in Germania. Secondo questa legge, la frequenza degli organismi omozigoti ed eterozigoti in condizioni di libero incrocio in assenza di pressione selettiva e altri fattori (mutazioni, migrazione, deriva genica, ecc.) rimane costante, cioè in uno stato di equilibrio. Nella sua forma più semplice, la legge è descritta dalla formula: p2aa + 2pqAa + q2aa \u003d I, dove p è la frequenza di occorrenza del gene A, q è la frequenza di occorrenza dell'allele a in percentuale. Va notato che la legge di Hardy-Weinberg, come altre regolarità genetiche basate sul principio mendeliano della combinazione casuale, è matematicamente esattamente soddisfatta con una popolazione infinitamente grande. In pratica, ciò significa che le popolazioni con numeri al di sotto di un certo valore minimo non soddisfano i requisiti della legge di Hardy-Weinberg. 29

30 Lo scienziato russo S. S. Chetverikov ha fornito una valutazione del libero incrocio, indicando che esso stesso contiene un apparato che stabilizza le frequenze dei genotipi in una data popolazione. Come risultato del libero attraversamento, c'è un costante mantenimento dell'equilibrio delle frequenze genotipiche nella popolazione. Il disturbo dell'equilibrio è solitamente associato all'azione di forze esterne e si osserva solo finché queste forze esercitano un'influenza. S. S. Chetverikov credeva che una specie, come una spugna, assorbisse spesso le mutazioni in uno stato eterozigote, pur rimanendo a sua volta fenotipicamente omogenea. Se le frequenze dei genotipi in una popolazione differiscono significativamente da quelle calcolate utilizzando la formula di Hardy-Weinberg, si può sostenere che questa popolazione non è in uno stato di equilibrio demografico e ci sono ragioni che lo impediscono. Soffermiamoci su di essi più in dettaglio Processi genetici nelle popolazioni In diverse popolazioni della stessa specie, la frequenza dei geni mutanti non è la stessa. Non ci sono praticamente due popolazioni con esattamente la stessa frequenza di occorrenza di tratti mutanti. Queste differenze possono essere dovute al fatto che le popolazioni vivono in condizioni ambientali diseguali. Un cambiamento diretto nella frequenza dei geni nelle popolazioni è dovuto all'azione della selezione naturale. Ma anche in una posizione ravvicinata, le popolazioni vicine possono differire l'una dall'altra in modo altrettanto significativo di quelle lontane. Ciò è spiegato dal fatto che nelle popolazioni un certo numero di processi portano a un cambiamento casuale non diretto nella frequenza dei geni, o, in altre parole, nella loro struttura genetica. Ad esempio, durante la migrazione di animali o piante, una parte insignificante della popolazione originaria si stabilisce in un nuovo habitat. Il pool genico della popolazione appena formata è inevitabilmente inferiore al pool genico della popolazione madre e la frequenza dei geni in essa contenuti differirà significativamente dalla frequenza dei geni della popolazione originale. I geni, finora rari, si stanno rapidamente diffondendo tra i membri di una nuova popolazione attraverso la riproduzione sessuale. Allo stesso tempo, i geni diffusi potrebbero essere assenti se non fossero nel genotipo dei fondatori della nuova popolazione. Un altro esempio. I disastri naturali - incendi boschivi o di steppa, inondazioni, ecc. - provocano la morte massiccia e indiscriminata di organismi viventi, in particolare di forme inattive (piante, molluschi, rettili, anfibi, ecc.). Gli individui sfuggiti alla morte rimangono in vita per puro caso. In una popolazione che ha subito un catastrofico calo numerico, le frequenze alleliche saranno diverse rispetto alla popolazione originale. In seguito al calo dei numeri, inizia la riproduzione di massa, il cui inizio è dato dal restante piccolo gruppo. La composizione genetica di questo gruppo determinerà la struttura genetica dell'intera popolazione durante il suo periodo di massimo splendore. In questo caso, alcune mutazioni potrebbero scomparire completamente, mentre la concentrazione di altre potrebbe aumentare accidentalmente bruscamente. Nelle biocenosi si osservano spesso fluttuazioni periodiche nel numero di popolazioni associate a relazioni come "predatore-preda". L'aumento della riproduzione degli oggetti preda dei predatori sulla base di un aumento delle risorse alimentari porta, a sua volta, ad una maggiore riproduzione dei predatori. L'aumento del numero di predatori provoca la distruzione di massa delle loro vittime. La carenza di risorse alimentari porta ad una diminuzione del numero dei predatori (Fig. 1.6) e al ripristino della dimensione delle popolazioni di prede. Queste fluttuazioni di popolazione ("onde di popolazione") cambiano la frequenza dei geni nelle popolazioni, che è il loro significato evolutivo. trenta

31 Fig. Fluttuazioni nel numero di individui nella popolazione di predatori e prede. Linea tratteggiata: A lince, B lupo, C volpe; linea continua: lepre di montagna I cambiamenti nella frequenza dei geni nelle popolazioni sono causati anche dalla limitazione dello scambio genico tra di loro dovuto all'isolamento spaziale (geografico). I fiumi fungono da barriera alle specie terrestri, le montagne e gli altopiani isolano le popolazioni di pianura. Ciascuna delle popolazioni isolate ha caratteristiche specifiche associate alle condizioni di vita. Un'importante conseguenza dell'isolamento è l'incrocio (consanguineità) strettamente correlato. A causa della consanguineità, gli alleli recessivi, che si diffondono in una popolazione, appaiono in uno stato omozigote, che riduce la vitalità degli organismi. Nelle popolazioni umane, gli isolati con un alto grado di consanguineità si trovano nelle aree montuose, sulle isole. L'isolamento di alcuni gruppi della popolazione per motivi di casta, religiosi, razziali e di altro tipo conservava ancora il suo significato. Il significato evolutivo di varie forme di isolamento è che perpetua e rafforza le differenze genetiche tra le popolazioni e che le parti divise di una popolazione o specie sono soggette a pressioni selettive ineguali. Pertanto, i cambiamenti nella frequenza dei geni causati da vari fattori ambientali servono come base per l'emergere di differenze tra le popolazioni e successivamente determinano la loro trasformazione in nuove specie. Pertanto, i cambiamenti nelle popolazioni nel corso della selezione naturale sono chiamati microevoluzione. Punti di riferimento 1. In natura si verificano spesso forti fluttuazioni nel numero di individui associati alla morte indiscriminata di massa degli organismi. 2. I genotipi di individui conservati casualmente determinano il pool genetico di una nuova popolazione durante il suo periodo di massimo splendore. Domande di revisione e compiti 1. Formulare la legge di Hardy-Weinberg. 2. Quali processi portano a un cambiamento nella frequenza di occorrenza dei geni nelle popolazioni? 3. Perché diverse popolazioni della stessa specie differiscono nella frequenza genica? 4. Cos'è la microevoluzione? 31

33 fenotipi, cioè l'intero complesso di caratteristiche, e quindi alcune combinazioni di geni inerenti a un dato organismo. La selezione è spesso paragonata al lavoro di uno scultore. Come uno scultore da un blocco informe di marmo crea un'opera che colpisce con l'armonia di tutte le sue parti, così la selezione crea adattamenti e specie, eliminando dalla riproduzione gli individui meno fortunati, o, in altre parole, le combinazioni di geni meno riuscite. Pertanto, parlano del ruolo creativo della selezione naturale, poiché il risultato della sua azione sono nuovi tipi di organismi, nuove forme di vita. selezione stabilizzante. Un'altra forma di selezione naturale, la selezione stabilizzante, opera in condizioni ambientali costanti. L'importanza di questa forma di selezione è stata sottolineata dall'eccezionale scienziato russo I. I. Shmalgauzen. La selezione stabilizzante ha lo scopo di mantenere un tratto o una proprietà media precedentemente stabilita: la dimensione del corpo o delle sue singole parti negli animali, la dimensione e la forma di un fiore nelle piante, la concentrazione di ormoni o glucosio nel sangue nei vertebrati, ecc. La selezione stabilizzante preserva l'idoneità della specie, eliminando brusche deviazioni della gravità del segno dalla norma media. Quindi, nelle piante impollinate dagli insetti, le dimensioni e la forma dei fiori sono molto stabili. Ciò è spiegato dal fatto che i fiori devono corrispondere alla struttura e alle dimensioni del corpo degli insetti impollinatori. Un calabrone non è in grado di penetrare in una corolla troppo stretta di un fiore; la proboscide di una farfalla non può toccare stami troppo corti nelle piante con una corolla molto lunga. In entrambi i casi, i fiori che non corrispondono completamente alla struttura degli impollinatori non formano semi. Di conseguenza, i geni che hanno causato la deviazione dalla norma vengono eliminati dal pool genetico della specie. La forma stabilizzante della selezione naturale protegge il genotipo esistente dall'effetto distruttivo del processo di mutazione. In condizioni ambientali relativamente costanti, gli individui con una gravità media dei segni hanno la massima adattabilità e vengono eliminate brusche deviazioni dalla norma media. Grazie alla selezione stabilizzante, sono sopravvissuti fino ad oggi i “fossili viventi”: il pesce celacanto celacanto, i cui antenati erano diffusi nell'era paleozoica; un rappresentante degli antichi rettili, l'hatteria, che sembra una grande lucertola, ma non ha perso le caratteristiche strutturali dei rettili dell'era mesozoica; uno scarafaggio relitto che è cambiato poco dal periodo del Carbonifero; la pianta gimnosperma Ginkgo, che dà un'idea delle antiche forme che si estinsero nel periodo giurassico dell'era mesozoica (Fig. 1.7). L'opossum nordamericano raffigurato nella stessa figura conserva l'aspetto caratteristico degli animali vissuti decine di milioni di anni fa. Riso Esempi di forme relitte: A tuatara, B latimeria, C opossum, G ginkgo Selezione sessuale. Gli animali dioici differiscono nella struttura degli organi riproduttivi. Tuttavia, la differenza tra i sessi si estende spesso ai segni esterni, al comportamento33

34 nii. Si può ricordare un vestito luminoso di piume da un gallo, un grande pettine, speroni sulle gambe, canti forti. I fagiani maschi sono molto belli rispetto alle galline molto più modeste. Le zanne delle mascelle superiori delle zanne crescono particolarmente fortemente nei trichechi maschi. Numerosi esempi di differenze esterne nella struttura dei sessi sono chiamati dimorfismo sessuale e sono dovuti al loro ruolo nella selezione sessuale. La selezione sessuale è la competizione tra maschi per l'opportunità di riprodursi. Questo obiettivo è servito dal canto, dal comportamento dimostrativo, dal corteggiamento. Spesso ci sono risse tra maschi (Fig. 1.8). Negli uccelli, l'accoppiamento durante la stagione riproduttiva è accompagnato da giochi di accoppiamento o accoppiamento. La mostra si esprime nel fatto che l'uccello assume una posizione caratteristica del corpo, in movimenti particolari, nello spiegamento e rigonfiamento del piumaggio, nella pubblicazione di suoni peculiari. Ad esempio, il fagiano di monte sulle correnti si radunano diverse dozzine nelle radure notturne. Il picco della corrente cade al mattino presto. Violente lotte sorgono tra i maschi, mentre le femmine in questo momento si siedono ai margini della radura o tra i cespugli. Come risultato della selezione sessuale, i maschi più attivi, sani e forti lasciano la prole, il resto viene rimosso dalla riproduzione e i loro genotipi scompaiono dal pool genetico della specie. Fig Leking fagiano di monte Fig Dimorfismo sessuale nella struttura dei primati: una proboscide maschile, una proboscide B femminile 34

35 A volte un abito da sposa luminoso appare negli animali solo per la stagione riproduttiva. Le rane di palude maschi acquisiscono un bellissimo colore blu brillante nell'acqua. La colorazione brillante dei maschi e il loro comportamento dimostrativo li smascherano davanti ai predatori e aumentano le probabilità di morte. Tuttavia, questo è vantaggioso per la specie nel suo insieme, poiché le femmine rimangono più al sicuro durante la stagione riproduttiva. Il legame tra l'aspetto discreto delle femmine negli uccelli e la cura della prole è chiaramente visibile nell'esempio della beccaccia di mare phalarope, abitante delle nostre latitudini settentrionali. In questi uccelli, solo il maschio incuba le uova. La femmina ha un colore molto più luminoso. Il dimorfismo sessuale e la selezione sessuale sono ampiamente diffusi nel regno animale fino ai primati (Fig. 1.9). Questa forma di selezione dovrebbe essere considerata come un caso speciale di selezione naturale intraspecifica. Punti di riferimento 1. La selezione naturale è l'unico fattore che modifica direzionalmente la frequenza dei geni nelle popolazioni. 2. Quando le condizioni di esistenza cambiano, la forma trainante della selezione naturale provoca divergenza, che può poi portare all'emergere di nuove specie. Domande di ripasso e compiti 1. Quali sono le forme della selezione naturale? 2. In quali condizioni ambientali opera ciascuna forma di selezione naturale? 3. Qual è la ragione dell'emergere della resistenza ai pesticidi nei microrganismi, nei parassiti agricoli e in altri organismi? 4. Che cos'è la selezione sessuale? Utilizzando il vocabolario dei titoli "Terminologia" e "Riepilogo", traduci in inglese i paragrafi di "Punti di riferimento". Domande per la discussione Quale pensi sia la principale forza trainante dietro il processo di divergenza a forma di becco nei fringuelli di Darwin? Lo stesso fattore ambientale in habitat diversi può essere la causa della guida e della stabilizzazione della selezione? Spiega la tua risposta con esempi Adattamento degli organismi alle condizioni ambientali come risultato della selezione naturale Le specie vegetali e animali sono sorprendentemente adattate alle condizioni ambientali in cui vivono. È noto un numero enorme delle caratteristiche più diverse della struttura, che forniscono un elevato livello di adattabilità della specie all'ambiente. Il concetto di “idoneità di una specie” comprende non solo i segni esterni, ma anche la corrispondenza della struttura degli organi interni alle funzioni che svolgono, ad esempio il lungo e complesso apparato digerente degli animali che si nutrono di cibi vegetali (ruminanti). Nel concetto di fitness rientrano anche la corrispondenza delle funzioni fisiologiche dell'organismo con le condizioni di vita, la loro complessità e diversità. Caratteristiche adattative della struttura, del colore del corpo e del comportamento degli animali. Negli animali, la forma del corpo è adattiva. La forma del mammifero acquatico è ben nota.

36 accaparramento di delfini. I suoi movimenti sono leggeri e precisi. La velocità indipendente in acqua raggiunge i 40 km / h. Spesso vengono descritti casi di come i delfini accompagnano navi marittime ad alta velocità, ad esempio cacciatorpediniere che si muovono a una velocità di 65 km / h. Ciò è spiegato dal fatto che i delfini si attaccano alla prua della nave e usano la forza idrodinamica delle onde che si formano quando la nave si muove. Ma questa non è la loro velocità naturale. La densità dell'acqua è 800 volte quella dell'aria. Come riesce il delfino a superarlo? Oltre ad altre caratteristiche strutturali, la forma del corpo contribuisce all'ideale adattabilità del delfino all'ambiente e allo stile di vita. La forma del corpo a forma di siluro evita la formazione di un vortice di flussi d'acqua che circondano il delfino. La forma aerodinamica del corpo contribuisce al rapido movimento degli animali nell'aria. Le piume di volo e di contorno che coprono il corpo dell'uccello ne levigano completamente la forma. Gli uccelli non hanno padiglioni auricolari sporgenti, in volo di solito ritraggono le gambe. Di conseguenza, gli uccelli sono di gran lunga superiori in velocità a tutti gli altri animali. Ad esempio, un falco pellegrino si tuffa sulla sua preda a velocità fino a 290 km/h. Gli uccelli si muovono velocemente anche nell'acqua. Un pinguino sottogola è stato osservato nuotare sott'acqua a circa 35 km/h. Riso Pesce boscaglia: 1 pesce ragno, 2 pesce pagliaccio, 3 aluthers, 4 pesce ago Negli animali che conducono uno stile di vita segreto e nascosto, sono utili i dispositivi che li fanno sembrare oggetti dell'ambiente. La bizzarra forma del corpo dei pesci che vivono in boschetti di alghe (Fig. 1.10) li aiuta a nascondersi con successo dai nemici. La somiglianza con gli oggetti dell'ambiente è diffusa negli insetti. Scarabei conosciuti, il cui aspetto ricorda i licheni; cicale, simili alle spine degli arbusti tra i quali vivono. Gli insetti stecco hanno l'aspetto di un piccolo ramoscello marrone o verde (Fig. 1.11), mentre gli insetti Ortotteri imitano una foglia (Fig. 1.12). Il corpo piatto ha pesci che conducono uno stile di vita bentonico. La colorazione protettiva serve anche come mezzo di protezione dai nemici. Gli uccelli che incubano le uova a terra si fondono con lo sfondo circostante (Fig. 1.13). Poco appariscente e ce ne sono 36

37 uova con gusci pigmentati e pulcini che si schiudono da essi (Fig. 1.14). La natura protettiva della pigmentazione delle uova è confermata dal fatto che nelle specie le cui uova sono inaccessibili ai nemici dei grandi predatori, o negli uccelli che depongono le uova sulle rocce o le seppelliscono nel terreno, il colore protettivo del guscio non si sviluppa. Figura L'insetto stecco è così simile a un ramoscello da essere quasi invisibile Figura Insetti, forma del corpo simile a foglie La colorazione protettiva è diffusa tra un'ampia varietà di animali. I bruchi farfalla sono spesso verdi, il colore delle foglie, o scuri, il colore della corteccia o della terra. I pesci di fondo sono solitamente dipinti per abbinare il colore del fondo sabbioso (razze e passere). Allo stesso tempo, le passere sono ancora in grado di cambiare colore a seconda del colore dello sfondo circostante (Fig. 1.15). La capacità di cambiare colore ridistribuendo il pigmento nel tegumento del corpo è nota anche negli animali terrestri (camaleonte). Gli animali del deserto sono generalmente di colore giallo-marrone o giallo sabbia. La colorazione protettiva monocromatica è caratteristica sia degli insetti (locuste) che delle piccole lucertole, nonché dei grandi ungulati (antilopi) e dei predatori (leone). 37

38 Edredone di riso sul nido Se il background ambientale non rimane costante a seconda della stagione, molti animali cambiano colore. Ad esempio, gli abitanti delle medie e alte latitudini (volpe artica, lepre, ermellino, pernice bianca) sono bianchi in inverno, il che li rende invisibili sulla neve. Tuttavia, spesso negli animali c'è un colore del corpo che non nasconde, ma, al contrario, attira l'attenzione, smaschera. Questa colorazione è caratteristica degli insetti velenosi, brucianti o urticanti: api, vespe, coleotteri vescica. Una coccinella, molto evidente, non viene mai beccata dagli uccelli a causa del segreto velenoso secreto dagli insetti. Bruchi non commestibili, molti serpenti velenosi hanno un colore di avvertimento brillante. La colorazione brillante avverte in anticipo il predatore dell'inutilità e del pericolo dell'attacco. Attraverso tentativi ed errori, i predatori imparano rapidamente a evitare di attaccare la preda con una colorazione di avvertimento. Riso Colorazione protettiva delle uova e dei pulcini degli uccelli durante l'allevamento della prole a terra 38

40 calcio rimasto, accumulato nelle spine di alcune piante, le protegge dall'essere mangiate da bruchi, lumache e persino roditori. Le formazioni sotto forma di una dura copertura chitinosa negli artropodi (coleotteri, granchi), conchiglie nei molluschi, squame nei coccodrilli, conchiglie negli armadilli e nelle tartarughe li proteggono bene da molti nemici. Le penne del riccio e dell'istrice servono allo stesso modo. Tutti questi adattamenti potrebbero manifestarsi solo come risultato della selezione naturale, cioè della sopravvivenza preferenziale di individui più protetti. Figura Somiglianza della colorazione delle uova in diverse sottospecie del cuculo comune e degli ospiti degli uccelli Il comportamento adattivo è di grande importanza per la sopravvivenza degli organismi nella lotta per l'esistenza. Oltre al comportamento nascosto o dimostrativo e spaventoso quando si avvicina un nemico, ci sono molte altre opzioni per un comportamento adattivo che garantisce la sopravvivenza di adulti o giovani. Ciò include la conservazione del cibo per la stagione sfavorevole dell'anno. Questo è particolarmente vero per i roditori. Ad esempio, l'arvicola radice, comune nella zona della taiga, raccoglie chicchi di cereali, erba secca, radici fino a 10 kg in totale. I roditori scavatori (ratti talpa, ecc.) Accumulano pezzi di radici di quercia, ghiande, patate, piselli della steppa fino a 14 kg. Un grande gerbillo che vive nei deserti dell'Asia centrale taglia l'erba all'inizio dell'estate e la trascina nelle buche o la lascia in superficie sotto forma di cataste. Questo alimento viene utilizzato nella seconda metà dell'estate, autunno e inverno. Il castoro di fiume raccoglie ceppi di alberi, rami, ecc., che mette nell'acqua vicino alla sua abitazione. Questi magazzini possono raggiungere un volume di 20 m3. Anche gli stock di mangime sono prodotti da animali predatori. Il visone e alcuni furetti immagazzinano rane, serpenti, piccoli animali, ecc. Un esempio di comportamento adattivo è il momento di maggiore attività. Nei deserti, molti animali escono per cacciare di notte quando il caldo si placa. Punti di riferimento 1. L'intera organizzazione di qualsiasi tipo di organismo vivente è adattabile alle condizioni in cui vive. 2. Gli adattamenti degli organismi all'ambiente si manifestano a tutti i livelli dell'organizzazione: biochimico, citologico, istologico e anatomico. 3. Gli adattamenti fisiologici sono un esempio del riflesso delle caratteristiche strutturali dell'organizzazione nelle condizioni di esistenza date. Domande per la ripetizione e compiti 1. Fornire esempi dell'adattabilità degli organismi alle condizioni di esistenza. 40

41 2. Perché alcune specie animali hanno un colore brillante e smascherante? 3. Qual è l'essenza del fenomeno del mimetismo? 4. Come viene mantenuta la scarsa abbondanza delle specie imitatrici? 5. L'azione della selezione naturale si estende al comportamento degli animali? Dare esempi. Utilizzando il vocabolario dei titoli "Terminologia" e "Riepilogo", traduci in inglese i paragrafi di "Punti di riferimento". Riso Un maschio di una specie simile a un pesce persico cova le uova in bocca 41

• ZÁKLADNÉ ÚDAJE oblasť podnikania výroba organokremičitých prípravkov Dottrina evolutiva L'evoluzione è lo sviluppo storico irreversibile della natura vivente. Una breve storia dello sviluppo della biologia nel periodo pre-darwiniano Il concetto principale della biologia nel periodo pre-darwiniano era il creazionismo

  MOSCA D R O f a 2007 V. B. ZAKHAROV, S. G. MAMONTOV, N. I. SONIN, E. T. ZAKHAROVA BIOLOGIA PROFILO LIVELLO CLASSE TESTO PER ISTITUZIONI EDUCATIVE GENERALI A cura di Accademico dell'Accademia Russa di Scienze Naturali, Professor V.

  Nota esplicativa. L'attività di prova "Evidence of Evolution" è progettata per consolidare il materiale nella lezione

Il libro di testo introduce gli studenti alle leggi più importanti del mondo vivente. Dà un'idea dell'evoluzione del mondo organico, del rapporto tra l'organismo e l'ambiente.
Il libro di testo è rivolto agli studenti dell'11° grado delle istituzioni educative.

Viene presentato materiale sull'origine della vita sulla Terra, la struttura della cellula, la riproduzione e lo sviluppo individuale degli organismi, le basi dell'ereditarietà e della variabilità. In accordo con i risultati della scienza, viene considerata la dottrina dello sviluppo evolutivo del mondo organico e viene presentato materiale sulle basi dell'ecologia. In connessione con la crescente importanza dei moderni metodi di allevamento, della biotecnologia e della protezione ambientale, la presentazione di questi problemi è stata ampliata. Viene fornito materiale informativo sulle conseguenze dell'inquinamento antropogenico dell'ambiente. Corrisponde all'attuale standard educativo statale federale dell'istruzione professionale secondaria di nuova generazione.
Per gli studenti delle istituzioni educative che attuano programmi di istruzione professionale secondaria.

Scarica e leggi il libro di testo di biologia generale, Mamontov S.G., Zakharov V.B., 2015

Il manuale contiene le risposte alle domande ai paragrafi del libro di testo di V. B. Zakharov, S. G. Mamontov, N. I. Sonin “Biologia generale. Grado 11".

Il manuale è rivolto agli studenti della classe 11, che studiano il corso di biologia generale in questo libro di testo.

Scarica e leggi GDZ in biologia per il grado 11, 2005 su “Libro di testo. Biologia generale. Grado 11, Zakharov V.B., Mamontov S.G., Sonin N.I.

Il manuale contiene le risposte alle domande ai paragrafi del libro di testo di V.B. Zakharova, SG Mamontova, NI Sonin Biologia generale. Grado 10".
Il manuale faciliterà lo svolgimento dei compiti e la ripetizione del materiale didattico in preparazione agli esami e, in caso di assenze forzate dalle lezioni, aiuterà a comprendere autonomamente il materiale didattico.

Scarica e leggi GDZ in biologia, grado 10, Zakharov V.B., Zakharova E.T., Petrov D.Yu., 2005, in un libro di testo sulla biologia per il grado 10, Zakharov V.B., Mamontov S.G., Sonin N.I.

La vita è rappresentata da una straordinaria varietà di forme, molti tipi di organismi viventi. Dal corso Diversità degli organismi viventi, si ricorda che attualmente si sa che circa 350.000 specie vegetali e circa 2 milioni di specie animali abitano il nostro pianeta. E questo non conta funghi e batteri! Inoltre, gli scienziati descrivono costantemente nuove specie, sia esistenti oggi che estinte in epoche geologiche passate. Rivelare e spiegare le proprietà e le cause comuni della diversità degli organismi viventi è il compito della biologia generale e lo scopo di questo libro di testo. Un posto importante tra i problemi considerati dalla biologia generale è occupato dalle questioni sull'origine della vita sulla Terra e sulle leggi del suo sviluppo, nonché sull'interconnessione di vari gruppi di organismi viventi tra loro e sulla loro interazione con l'ambiente.

Scarica e leggi Biologia, grado 9, Schemi generali, Mamontov S.G., Zakharov V.B., Agafonova I.B., Sonin N.I.

Il manuale contiene le risposte alle domande ai paragrafi del libro di testo di V. B. Zakharov, S. G. Mamontov, N. I. Sonin “Biologia generale. Grado 10".
Il manuale faciliterà lo svolgimento dei compiti e la ripetizione del materiale didattico in preparazione agli esami e, in caso di assenze forzate dalle lezioni, aiuterà a comprendere autonomamente il materiale didattico.
Il manuale è rivolto agli studenti della classe 10, che studiano il corso di biologia generale in questo libro di testo.

Scarica e leggi GDZ in biologia, grado 10, Zakharov V.B., Petrov D.Yu., 2005, in un libro di testo di biologia per il grado 10, Zakharov V.B., Sonin N.I., Mamontov S.G.

Il libro di lavoro è un'aggiunta ai libri di testo di V. B. Zakharov, S.G. Mamontova, N. I. Sonina, E. T. Zakharova “Biologia. Biologia generale. Livello di profilo, grado 10” e “Biologia, Biologia generale. livello di profilo. Grado 11".

Il libro di lavoro ti consentirà di assimilare, sistematizzare e consolidare meglio le conoscenze acquisite durante lo studio del materiale del libro di testo.

Alla fine del quaderno ci sono i "Compiti formativi", compilati nel modulo e tenendo conto dei requisiti dell'esame, che aiuteranno gli studenti a comprendere meglio i contenuti del corso.

Acquista un documento cartaceo o un e-book e scarica e leggi Biologia, Biologia generale, Livello di profilo, Grado 11, Zakharov V.B., Mamontov S.G., Sonin N.I., 2010

Visualizzazione della pagina 1 di 2

Materiale sull'origine della vita sulla Terra, struttura cellulare, riproduzione e sviluppo individuale degli organismi, vengono presentate le basi dell'ereditarietà e della variabilità In conformità con i risultati della scienza, viene considerata la dottrina dello sviluppo evolutivo del mondo organico, il materiale è presentato sui fondamenti dell'ecologia In connessione con la crescente importanza dei moderni metodi di selezione, biotecnologia e protezione ambientale, la presentazione di questi problemi è stata ampliata. Viene fornito materiale informativo sulle conseguenze dell'inquinamento antropogenico dell'ambiente Corrisponde all'attuale standard educativo statale federale per l'istruzione professionale secondaria di una nuova generazione Per gli studenti delle istituzioni educative che attuano programmi di istruzione professionale secondaria

BIOLOGIA GENERALE.

Capitolo. ORIGINE E FASI INIZIALI DI SVILUPPO DELLA VITA SULLA TERRA

Sezione II. INSEGNAMENTO SULLA CELLULA

Sezione III RIPRODUZIONE E SVILUPPO INDIVIDUALE DEGLI ORGANISMI

Sezione IV. BASE DI GENETICA E SELEZIONE

Sezione V. LA DOTTRINA DELL'EVOLUZIONE DEL MONDO BIOLOGICO

Sezione V. RAPPORTO TRA ORGANISMO E AMBIENTE. BASE DELL'ECOLOGIA

Libri e libri di testo sulla disciplina Libri di testo:

1. Kolesnikov S.I. Biologia generale: libro di testo / S.I. Kolesnikov. - 5a ed., cancellato. - M.: KNORUS, 2015. - 288 pag. - (Istruzione professionale secondaria) - 2015
2. Mamontov S.G. Manuale di biologia generale /S. G. Mamontov, V. B. Zakharov - 11° sopra, cancellato. - M.: KNORUS.2015. - 328 pag. - (Istruzione professionale secondaria). - 2015
3. Yakubchik, TN Gastroenterologia clinica: un manuale per studenti di facoltà di medicina, pediatria, medicina e psicologia, stagisti, residenti clinici, gastroenterologi e terapisti / TN Yakubčik. - 3a ed., aggiungere. e rielaborato. - Grodno: GrGMU, 2014. - 324 pag. - anno 2014
4. Ovsyannikov V.G. Patologia generale: fisiologia patologica: libro di testo / V.G. Ovsyannikov; GBOU VPO RostGMU del Ministero della Salute della Russia. - 4a ed. - Rostov n / D.: Casa editrice dell'Università medica statale di Rostov, 2014 - Parte I. Fisiopatologia generale - 2014
5. Il team di autori. Introduzione di nuove tecnologie nelle organizzazioni mediche. Esperienza straniera e pratica russa 2013 - 2013
6. Il team di autori. MODI MODERNI DI ELABORAZIONE DELLE MANI DEI CHIRURGI E DEL CAMPO OPERATIVO / D. V. Balatsky, N. B. Davtanyan - Barnaul: casa editrice "Concept" 2012 - 2012
7. Mamyrbaev A.A. Fondamenti di medicina del lavoro: guida allo studio 2010 - 2010
8. Ivanov D.D. Lezioni sulla nefrologia. Malattia renale diabetica. nefropatia ipertensiva. Fallimento renale cronico. - Donetsk: Editore Zaslavsky A.Yu., 2010. - 200 sec. - 2010
9. Baranov V.S. Passaporto genetico: le basi della medicina individuale e predittiva / Ed. V. S. Baranova. - San Pietroburgo: casa editrice N-L, 2009. - 528 p.: ill. - anno 2009
10. Nazarenko G.V. Misure coercitive di natura medica: manuale, manuale / G.V. Nazarenko. - M.: Flinta: MPSI, 2008. - 144 pag. - 2008
11. Mazurkevich GS, Bagnenko SF
12. Fondamenti di Schmidt IR di Kinesiologia applicata. Lezioni per ascoltatori di cicli di perfezionamento generale e tematico. Novokuznetsk - 2004 - 2004

Pagina corrente: 1 (il libro totale ha 18 pagine) [estratto di lettura accessibile: 12 pagine]

Font:

100% +

V. B. Zakharov, S. G. Mamontov, N. I. Sonin, E. T. Zakharova
Biologia. Biologia generale. livello di profilo. Grado 10

Prefazione

Il nostro tempo è caratterizzato da una sempre maggiore interdipendenza delle persone. La vita di una persona, la sua salute, le condizioni di lavoro e di vita dipendono quasi interamente dalla correttezza delle decisioni prese da tante persone. A sua volta, l'attività di un individuo influisce anche sul destino di molti. Ecco perché è molto importante che la scienza della vita diventi parte integrante della visione del mondo di ogni persona, indipendentemente dalla sua specialità. Un ingegnere civile, un ingegnere di processo, un ingegnere delle bonifiche ha bisogno di conoscenze di biologia proprio come un medico o un agronomo, perché solo in questo caso rappresenteranno le conseguenze delle proprie attività produttive per la natura e per l'uomo. La conoscenza biologica è necessaria anche per i rappresentanti delle discipline umanistiche come parte importante del patrimonio culturale universale. In effetti, nel corso dei secoli, le controversie tra filosofi e teologi, scienziati e ciarlatani hanno cantato intorno alla conoscenza della fauna selvatica. Le idee sull'essenza della vita sono servite come base per molti concetti di visione del mondo.

Lo scopo degli autori di questo libro è quello di dare un'idea della struttura della materia vivente, delle sue leggi più generali, di conoscere la diversità della vita e la storia del suo sviluppo sulla Terra. Particolare attenzione è riservata all'analisi delle relazioni tra organismi e delle condizioni per la sostenibilità dei sistemi ecologici. In molte sezioni viene dato ampio spazio alla presentazione delle leggi biologiche generali come le più difficili da comprendere. In altre sezioni vengono fornite solo le informazioni ei concetti più necessari.

C'è una vasta gamma di argomenti che imparerai a conoscere durante la lettura di questo libro. Tuttavia, non tutti possono essere trattati in modo sufficientemente dettagliato. Questo non è casuale: la complessità e la diversità della vita sono così grandi che stiamo solo iniziando a capire alcuni dei suoi fenomeni, mentre altri aspettano ancora di essere studiati. Questo libro tocca solo le questioni importanti dell'organizzazione dei sistemi viventi, del loro funzionamento e sviluppo. Per una conoscenza più dettagliata di alcune questioni di biologia, alla fine del libro di testo viene fornito un elenco di letteratura aggiuntiva.

Il materiale didattico nel libro è composto da sezioni, compresi i capitoli; nella maggior parte dei capitoli, di solito ci sono diversi paragrafi che trattano determinati argomenti specifici. Alla fine del paragrafo viene fornita una sintesi in inglese. Come materiale didattico aggiuntivo, il testo del manuale include piccoli dizionari bilingue che consentono di studiare la terminologia biologica in russo e inglese e ripetere il materiale trattato. Le sezioni "Punti di riferimento" e "Domande per la revisione" ti permetteranno ancora una volta di prestare attenzione alle disposizioni più importanti del materiale trattato. Utilizzando il vocabolario del dizionario e il riassunto, puoi facilmente tradurre in inglese il testo dei Punti di Riferimento. La sezione "Domande per la discussione" contiene due o tre domande, per la risposta alle quali, in alcuni casi, è necessario attrarre ulteriore letteratura. Possono essere utilizzati per uno studio facoltativo o approfondito dell'argomento. Allo stesso scopo, alla fine di ogni capitolo sono indicate le “Aree problematiche” e gli “Aspetti applicativi” del materiale didattico studiato.

Ogni capitolo termina con un elenco delle principali disposizioni necessarie per la memorizzazione, nonché compiti per il lavoro autonomo sulla base delle conoscenze acquisite.

Gli autori esprimono la loro gratitudine a M. T. Grigorieva per la preparazione del testo inglese, nonché a Yu.

Accademico dell'Accademia Russa di Scienze Naturali, Professor V. B. Zakharov

introduzione

La biologia è la scienza della vita. Il suo nome deriva dalla combinazione di due parole greche: bios (vita) e logos (parola, insegnamento). La biologia studia la struttura, le manifestazioni della vita, l'habitat di tutti gli organismi viventi: batteri, funghi, piante, animali, esseri umani.

La vita sulla Terra è rappresentata da una straordinaria varietà di forme, molti tipi di esseri viventi. Attualmente sono già note circa 600mila specie vegetali, più di 2,5 milioni di specie animali, un gran numero di specie fungine e procariotiche che abitano il nostro pianeta. Gli scienziati scoprono e descrivono costantemente nuove specie, sia esistenti in condizioni moderne che estinte in epoche geologiche passate.

La divulgazione delle proprietà generali degli organismi viventi e la spiegazione delle ragioni della loro diversità, l'identificazione delle relazioni tra la struttura e le condizioni ambientali sono tra i compiti principali della biologia. Un posto importante in questa scienza è occupato dalle domande sull'origine e sulle leggi dello sviluppo della vita sulla Terra: la dottrina evolutiva. La comprensione di queste leggi è alla base della visione scientifica del mondo ed è necessaria per risolvere problemi pratici.

La biologia è divisa in scienze separate in base all'argomento di studio.

Così, la microbiologia studia il mondo dei batteri; la botanica esplora la struttura e la vita dei rappresentanti del regno vegetale; zoologia - il regno animale, ecc. Allo stesso tempo si stanno sviluppando aree della biologia che studiano le proprietà generali degli organismi viventi: genetica - modelli di ereditarietà dei tratti, biochimica - modi di trasformare le molecole organiche, ecologia - il rapporto delle popolazioni con l'ambiente. La fisiologia studia le funzioni degli organismi viventi.

In accordo con il livello di organizzazione della materia vivente, sono state distinte discipline scientifiche come la biologia molecolare, la citologia - lo studio della cellula, l'istologia - lo studio dei tessuti, ecc.

La biologia utilizza una varietà di metodi. Uno dei più importanti è storico, che serve come base per la comprensione dei fatti ottenuti. Il metodo tradizionale è il metodo descrittivo; i metodi strumentali sono ampiamente utilizzati: microscopia (luce-ottica ed elettronica), elettrografia, radar, ecc.

Nelle aree più diverse della biologia, cresce l'importanza delle discipline di confine che collegano la biologia con altre scienze - fisica, chimica, matematica, cibernetica, ecc.. Nascono così la biofisica, la biochimica e la bionica.

L'emergere della vita e il funzionamento degli organismi viventi sono determinati dalle leggi naturali. La conoscenza di queste leggi permette non solo di fare un quadro accurato del mondo, ma anche di usarle per scopi pratici.

I recenti successi in biologia hanno portato all'emergere di direzioni fondamentalmente nuove nella scienza, che sono diventate sezioni indipendenti nel complesso delle discipline biologiche. Pertanto, la divulgazione della struttura molecolare delle unità strutturali dell'ereditarietà (geni) è servita come base per la creazione dell'ingegneria genetica. Con l'aiuto dei suoi metodi, gli organismi vengono creati con nuove, comprese quelle non presenti in natura, combinazioni di tratti e proprietà ereditarie. L'applicazione pratica delle conquiste della biologia moderna consente già ora di ottenere quantità industrialmente significative di sostanze biologicamente attive.

Sulla base dello studio della relazione tra organismi, sono stati creati metodi biologici per combattere i parassiti delle colture agricole. Molti adattamenti degli organismi viventi sono serviti da modelli per la progettazione di strutture e meccanismi artificiali efficaci. Allo stesso tempo, l'ignoranza o l'ignoranza delle leggi della biologia porta a gravi conseguenze sia per la natura che per l'uomo. È giunto il momento in cui la sicurezza del mondo che ci circonda dipende dal comportamento di ciascuno di noi. Regolare correttamente il motore di un'auto, prevenire lo scarico di rifiuti tossici nel fiume, fornire canali di bypass per i pesci nel progetto di una centrale idroelettrica, resistere al desiderio di raccogliere un mazzo di fiori selvatici: tutto questo sarà salvare l'ambiente, l'ambiente della nostra vita.

L'eccezionale capacità di ripristino della natura vivente ha creato l'illusione della sua invulnerabilità agli effetti distruttivi dell'uomo, dell'illimitatezza delle sue risorse. Ora sappiamo che non è così. Pertanto, tutta l'attività economica umana dovrebbe ora essere costruita tenendo conto dei principi dell'organizzazione della biosfera.

L'importanza della biologia per l'uomo è enorme. Le leggi biologiche generali vengono utilizzate per risolvere una varietà di problemi in molti settori dell'economia nazionale. Grazie alla conoscenza delle leggi dell'ereditarietà e della variabilità, grande successo è stato ottenuto in agricoltura nella creazione di nuove razze altamente produttive di animali domestici e varietà di piante coltivate. Gli scienziati hanno allevato centinaia di varietà di cereali, legumi, semi oleosi e altre colture che differiscono dai loro predecessori per l'elevata produttività e altre qualità utili. Sulla base di queste conoscenze, viene effettuata la selezione dei microrganismi che producono antibiotici.

Grande importanza in biologia è attribuita alla risoluzione dei problemi associati alla delucidazione dei sottili meccanismi della biosintesi delle proteine, i segreti della fotosintesi, che apriranno la strada alla sintesi dei nutrienti organici al di fuori degli organismi vegetali e animali. Inoltre, l'uso nell'industria (nell'edilizia, nella creazione di nuove macchine e meccanismi) dei principi di organizzazione degli esseri viventi (bionica) porta attualmente e darà in futuro un significativo effetto economico.

In futuro, l'importanza pratica della biologia aumenterà ancora di più. Ciò è dovuto alla rapida crescita della popolazione mondiale, nonché al numero sempre crescente di popolazioni urbane non direttamente coinvolte nella produzione agricola. In una situazione del genere, la base per aumentare la quantità di risorse alimentari non può che essere l'intensificazione dell'agricoltura. Un ruolo importante in questo processo sarà svolto dall'allevamento di nuove forme altamente produttive di microrganismi, piante e animali, nonché dall'uso razionale e scientificamente comprovato delle risorse naturali.

Sezione 1. Origine e fasi iniziali dello sviluppo della vita sulla Terra

L'uomo ha sempre cercato di conoscere il mondo che lo circonda e di determinare il posto che occupa in esso. Come sono nati gli animali e le piante moderne? Cosa ha portato alla loro sorprendente diversità? Quali sono le ragioni della scomparsa di fauna e flora di tempi lontani? Quali sono le future modalità di sviluppo della vita sulla Terra? Ecco solo alcune domande dell'enorme numero di misteri, la cui soluzione ha sempre preoccupato l'umanità. Uno di questi è l'inizio stesso della vita. La questione dell'origine della vita in ogni momento, nel corso della storia dell'umanità, non è stata solo di interesse cognitivo, ma anche di grande importanza per la formazione della visione del mondo delle persone.

Capitolo 1. La diversità del mondo vivente. Proprietà fondamentali della materia vivente

Pieno, pieno di miracoli potente natura.

AS Pushkin

I primi esseri viventi apparvero sul nostro pianeta circa 3 miliardi di anni fa. Da queste prime forme sorsero innumerevoli specie di organismi viventi, i quali, apparsi, fiorirono per un tempo più o meno lungo, e poi si estinsero. Da forme preesistenti hanno avuto origine anche gli organismi moderni, che hanno formato quattro regni della fauna: oltre 2,5 milioni di specie animali, 600mila specie di piante, un numero significativo di vari funghi, oltre a molti organismi procarioti.

Il mondo degli esseri viventi, compreso l'uomo, è rappresentato da sistemi biologici di diversa organizzazione strutturale e diversi livelli di subordinazione, o consistenza. È noto che tutti gli organismi viventi sono costituiti da cellule. Una cellula, ad esempio, può essere sia un organismo separato che parte di una pianta o animale multicellulare. Può essere organizzato molto semplicemente, come quello batterico, o molto più complesso, come le cellule di animali unicellulari: i protozoi. Sia una cellula batterica che una cellula protozoica rappresentano un intero organismo in grado di svolgere tutte le funzioni necessarie per garantire la vita. Ma le cellule che compongono un organismo multicellulare sono specializzate, cioè possono svolgere una sola funzione e non possono esistere indipendentemente al di fuori del corpo. Negli organismi multicellulari, l'interconnessione e l'interdipendenza di molte cellule porta alla creazione di una nuova qualità che non è equivalente alla loro semplice somma. Gli elementi del corpo - cellule, tessuti e organi - in totale non rappresentano ancora un organismo olistico. Solo la loro combinazione nell'ordine storicamente stabilito nel processo di evoluzione, la loro interazione, forma un organismo integrale, che ha determinate proprietà.

1.1. Livelli di organizzazione della materia vivente

La fauna è un sistema gerarchico organizzato in modo complesso (Fig. 1.1). I biologi, sulla base delle caratteristiche della manifestazione delle proprietà degli esseri viventi, distinguono diversi livelli di organizzazione della materia vivente.

1. Molecolare

Qualsiasi sistema vivente, per quanto complesso possa essere organizzato, funziona a livello di interazione di macromolecole biologiche: acidi nucleici, proteine, polisaccaridi e altre importanti sostanze organiche. Da questo livello iniziano i processi più importanti dell'attività vitale dell'organismo: metabolismo e conversione di energia, trasmissione di informazioni ereditarie, ecc.

2. Cellulare

Una cellula è un'unità strutturale e funzionale, nonché un'unità di riproduzione e sviluppo di tutti gli organismi viventi che vivono sulla Terra. Non ci sono forme di vita non cellulari e l'esistenza di virus conferma solo questa regola, poiché possono mostrare le proprietà dei sistemi viventi solo nelle cellule.

Riso. 1.1. Livelli di organizzazione della materia vivente (sull'esempio di un organismo separato). Il corpo, come tutta la natura vivente, è costruito su un principio gerarchico.

3. Tessuto

Il tessuto è un insieme di cellule simili e di sostanza intercellulare, unite dallo svolgimento di una funzione comune.

4. Organo

Nella maggior parte degli animali, un organo è una combinazione strutturale e funzionale di diversi tipi di tessuti. Ad esempio, la pelle umana come organo include epitelio e tessuto connettivo, che insieme svolgono una serie di funzioni. Tra questi, il più importante è la protezione.

5. Organismo

Un organismo è un sistema vivente unicellulare o multicellulare integrale capace di un'esistenza indipendente. Un organismo multicellulare è formato da una combinazione di tessuti e organi specializzati nello svolgimento di varie funzioni.

6. Popolazione-specie

Un insieme di organismi della stessa specie, uniti da un habitat comune, crea una popolazione come un sistema di ordine sovraorganismo. In questo sistema si realizzano le più semplici, elementari trasformazioni evolutive.

7. Biogeocenotico

La biogeocenosi è un insieme di organismi di specie e organizzazione diverse di varia complessità con tutti i fattori del loro habitat specifico: componenti dell'atmosfera, idrosfera e litosfera. Comprende: sostanze inorganiche e organiche, organismi autotrofi ed eterotrofi. Le principali funzioni della biogeocenosi sono l'accumulo e la ridistribuzione dell'energia.

8. Biosferico

La biosfera è il più alto livello di organizzazione della vita sul nostro pianeta. Si distingue materia vivente- la totalità di tutti gli organismi viventi, inanimato, o inerte, sostanza e biomateriale. Secondo stime provvisorie, la biomassa della materia vivente è di circa 2,5 × 10 12 tonnellate Inoltre, la biomassa degli organismi che vivono sulla terra è rappresentata per il 99,2% da piante verdi. A livello biosferico c'è una circolazione di sostanze e la trasformazione di energia associata all'attività vitale di tutti gli organismi viventi che vivono sulla Terra.

Ogni organismo vivente rappresenta un sistema multilivello con un diverso tasso di complessità e coordinazione. Tutti i segni dell'attività vitale – metabolismo, trasformazione dell'energia e trasferimento di informazioni genetiche – iniziano con le interazioni delle macromolecole. Tuttavia, solo la cellula, dove i processi di interazione tra le molecole sono nell'ordine spaziale, può essere considerata strutturale e funzionare come un'unità di organismi viventi. Nei corpi multicellulari l'attività coordinata di molte cellule consente la comparsa di formazioni qualitativamente nuove: tessuti e organi, specializzati in determinate funzioni dell'organismo.

Punti di ancoraggio

1. Le molecole organiche costituiscono la maggior parte della sostanza secca della cellula.

2. Gli acidi nucleici forniscono l'archiviazione e la trasmissione di informazioni ereditarie in tutte le cellule.

3. Al centro dei processi metabolici ci sono le interazioni tra le molecole organiche.

4. La cellula è la più piccola unità strutturale e funzionale dell'organizzazione degli organismi viventi.

5. L'emergere di tessuti e organi negli animali e nelle piante pluricellulari ha segnato la specializzazione delle parti del corpo secondo le loro funzioni.

6. L'integrazione degli organi nei sistemi ha portato a un rafforzamento ancora maggiore delle funzioni corporee.

Rivedi domande e compiti

1. Cosa sono le molecole organiche e qual è il loro ruolo nel fornire processi metabolici negli organismi viventi?

2. Quali sono le differenze fondamentali tra le cellule degli organismi viventi appartenenti a diversi regni della natura?

3. Qual è l'essenza dei metodi citologici, istologici e anatomici di studio della materia vivente?

4. Cosa si chiama biogeocenosi?

5. Come si può caratterizzare la biosfera terrestre?

6. Quali processi metabolici avvengono a livello della biosfera? Qual è la loro importanza fondamentale per gli organismi viventi che vivono sul nostro pianeta?

Utilizzando il vocabolario dei titoli "Terminologia" e "Riepilogo", traduci in inglese i paragrafi di "Punti di riferimento".

Terminologia

Per ogni termine indicato nella colonna di sinistra, selezionare la definizione corrispondente data nella colonna di destra in russo e inglese.

Seleziona la definizione corretta per ogni termine nella colonna di sinistra dalle varianti inglese e russa elencate nella colonna di destra.

Questioni di discussione

Qual è secondo lei la necessità di distinguere tra diversi livelli di organizzazione della materia vivente?

Indicare i criteri per distinguere i diversi livelli di organizzazione della materia vivente.

Qual è l'essenza delle proprietà di base degli esseri viventi ai diversi livelli di organizzazione?

In che modo i sistemi biologici differiscono dagli oggetti inanimati?

1.2. Criteri per i sistemi viventi

Consideriamo più in dettaglio i criteri che distinguono i sistemi viventi dagli oggetti di natura inanimata e le principali caratteristiche dei processi vitali che distinguono la materia vivente in una forma speciale di esistenza della materia.

Caratteristiche della composizione chimica. La composizione degli organismi viventi include gli stessi elementi chimici degli oggetti di natura inanimata. Tuttavia, il rapporto tra i vari elementi viventi e non viventi non è lo stesso. La composizione elementare della natura inanimata, insieme all'ossigeno, è rappresentata principalmente da silicio, ferro, magnesio, alluminio, ecc. Negli organismi viventi, il 98% della composizione chimica ricade su quattro elementi: carbonio, ossigeno, azoto e idrogeno. Tuttavia, nei corpi viventi, questi elementi partecipano alla formazione di molecole organiche complesse, la cui distribuzione nella natura inanimata è fondamentalmente diversa sia nella quantità che nell'essenza. La stragrande maggioranza delle molecole organiche nell'ambiente sono prodotti di scarto degli organismi.

La materia vivente contiene diversi gruppi principali di molecole organiche, che sono caratterizzate da determinate funzioni specifiche e, per la maggior parte, sono polimeri irregolari. In primo luogo, si tratta di acidi nucleici: DNA e RNA, le cui proprietà forniscono i fenomeni di ereditarietà e variabilità, nonché l'autoriproduzione. In secondo luogo, queste sono proteine ​​- i principali componenti strutturali e catalizzatori biologici. In terzo luogo, carboidrati e grassi sono i componenti strutturali delle membrane biologiche e delle pareti cellulari, le principali fonti di energia necessarie per garantire i processi vitali. E infine, un vasto gruppo di diverse cosiddette "piccole molecole" che prendono parte a numerosi e diversi processi metabolici negli organismi viventi.

Metabolismo. Tutti gli organismi viventi sono in grado di scambiare sostanze con l'ambiente, di assorbire da esso le sostanze necessarie alla nutrizione e di rilasciare prodotti di scarto.

Nella natura inanimata c'è anche uno scambio di sostanze, tuttavia, nel ciclo non biologico delle sostanze, queste vengono principalmente semplicemente trasferite da un luogo all'altro o il loro stato di aggregazione cambia: ad esempio, il suolo viene dilavato, l'acqua si trasforma in vapore o ghiaccio.

A differenza dei processi metabolici nella natura inanimata, negli organismi viventi hanno un livello qualitativamente diverso. Nella circolazione delle sostanze organiche, i più significativi sono i processi di trasformazione delle sostanze: i processi di sintesi e decadimento.

Gli organismi viventi assorbono varie sostanze dall'ambiente. Come risultato di una serie di complesse trasformazioni chimiche, le sostanze dell'ambiente vengono riorganizzate in sostanze caratteristiche di un determinato organismo vivente. Questi processi sono chiamati assimilazione o scambio di plastica.

Riso. 1.2. Metabolismo e conversione di energia a livello corporeo

L'altro lato del metabolismo: i processi dissimilazione, di conseguenza i composti organici complessi si decompongono in quelli semplici, mentre la loro somiglianza con le sostanze del corpo viene persa e viene rilasciata l'energia necessaria per le reazioni di biosintesi. Pertanto, si chiama dissimilazione scambio di energia(Fig. 1.2).

Il metabolismo fornisce omeostasi organismo, cioè l'invarianza della composizione chimica e della struttura di tutte le parti del corpo e, di conseguenza, la costanza del loro funzionamento in condizioni ambientali in continuo mutamento.

Un unico principio di organizzazione strutturale. Tutti gli organismi viventi, non importa a quale gruppo sistematico appartengano, ce l'hanno struttura cellulare. La cellula, come già accennato in precedenza, è un'unica unità strutturale e funzionale, nonché un'unità di sviluppo per tutti gli abitanti della Terra.

Riproduzione. A livello organismico, l'autoriproduzione, o riproduzione, si manifesta sotto forma di riproduzione asessuata o sessuale degli individui. Quando gli organismi viventi si riproducono, la prole di solito assomiglia ai genitori: i gatti riproducono i gattini, i cani riproducono i cuccioli. Dai semi di pioppo, il pioppo ricresce. La divisione di un organismo unicellulare - un'ameba - porta alla formazione di due amebe, del tutto simili alla cellula madre.

Così, riproduzione – Questa è la proprietà degli organismi di riprodurre i propri simili.

Grazie alla riproduzione, non solo gli organismi interi, ma anche le cellule, gli organelli cellulari (mitocondri, plastidi, ecc.) Dopo la divisione sono simili ai loro predecessori. Da una molecola di DNA, quando è raddoppiata, si formano due molecole figlie, che ripetono completamente quella originale.

L'autoriproduzione si basa sulle reazioni di sintesi della matrice, cioè la formazione di nuove molecole e strutture basate sull'informazione contenuta nella sequenza nucleotidica del DNA. Di conseguenza, l'autoriproduzione è una delle principali proprietà dei viventi, strettamente connessa al fenomeno dell'ereditarietà.

Eredità. L'ereditarietà è la capacità degli organismi di trasmettere le loro caratteristiche, proprietà e caratteristiche di sviluppo di generazione in generazione. Un segno è qualsiasi caratteristica della struttura a vari livelli di organizzazione della materia vivente e le proprietà sono intese come caratteristiche funzionali basate su strutture specifiche. L'ereditarietà è dovuta all'organizzazione specifica della sostanza genetica (apparato genetico) – codice genetico. Il codice genetico è inteso come tale organizzazione di molecole di DNA, in cui la sequenza di nucleotidi in esso contenuta determina l'ordine degli amminoacidi in una molecola proteica. Il fenomeno dell'ereditarietà è assicurato dalla stabilità delle molecole di DNA e dalla riproduzione della sua struttura chimica (replica) con elevata precisione. L'ereditarietà fornisce la continuità materiale (il flusso di informazioni) tra gli organismi in un certo numero di generazioni.

Variabilità. Questa proprietà è, per così dire, l'opposto dell'ereditarietà, ma allo stesso tempo è strettamente correlata ad essa, poiché in questo caso cambiano le inclinazioni ereditarie: i geni che determinano lo sviluppo di determinati tratti. Se la riproduzione delle matrici - le molecole di DNA - avvenisse sempre con assoluta precisione, durante la riproduzione degli organismi verrebbero ereditate solo le caratteristiche che esistevano prima e l'adattamento delle specie alle mutevoli condizioni ambientali sarebbe impossibile. Quindi, variabilità – Questa è la capacità degli organismi di acquisire nuovi tratti e proprietà a seguito di cambiamenti nella struttura del materiale ereditario o dell'emergere di nuove combinazioni di geni.

La variabilità crea materiale diverso per la selezione naturale, cioè la selezione degli individui più adattati per specifiche condizioni di esistenza in condizioni naturali. E questo, a sua volta, porta all'emergere di nuove forme di vita, nuovi tipi di organismi.

Crescita e sviluppo. La capacità di svilupparsi è una proprietà universale della materia. Lo sviluppo è inteso come un cambiamento regolare diretto irreversibile negli oggetti di natura animata e inanimata. Come risultato dello sviluppo, sorge un nuovo stato qualitativo dell'oggetto, a seguito del quale cambia la sua composizione o struttura. Viene rappresentato lo sviluppo di una forma viva dell'esistenza della materia sviluppo individuale, o ontogenesi, e sviluppo storico, o filogenesi.

Durante l'ontogenesi, le proprietà individuali degli organismi si manifestano gradualmente e costantemente. Ciò si basa sull'attuazione graduale dei programmi ereditari. Lo sviluppo è accompagnato dalla crescita. Indipendentemente dal metodo di riproduzione, tutti gli individui figli formati da uno zigote o spora, rene o cellula, ereditano solo informazioni genetiche, cioè la capacità di mostrare determinati segni. Nel processo di sviluppo, sorge un'organizzazione strutturale specifica dell'individuo e un aumento della sua massa è dovuto alla riproduzione delle macromolecole, delle strutture elementari delle cellule e delle cellule stesse.

La filogenesi, o evoluzione, è lo sviluppo irreversibile e diretto della natura vivente, accompagnato dalla formazione di nuove specie e dalla progressiva complicazione della vita. Il risultato dell'evoluzione è la diversità degli organismi viventi sulla Terra.

Irritabilità. Qualsiasi organismo è indissolubilmente legato all'ambiente: ne estrae i nutrienti, è esposto a fattori ambientali avversi, interagisce con altri organismi, ecc. Nel processo di evoluzione, gli organismi viventi hanno sviluppato e consolidato la capacità di rispondere selettivamente agli influssi esterni. Questa proprietà è chiamata irritabilità. Qualsiasi cambiamento nelle condizioni ambientali che circondano l'organismo è un'irritazione in relazione ad esso e la sua reazione agli stimoli esterni funge da indicatore della sua sensibilità e manifestazione di irritabilità.

La reazione degli animali multicellulari all'irritazione viene effettuata attraverso il sistema nervoso e viene chiamata riflesso.

Anche gli organismi che non hanno un sistema nervoso, come i protozoi o le piante, sono privi di riflessi. Le loro reazioni, espresse in un cambiamento nella natura del movimento o della crescita, sono solitamente chiamate Taxi o tropismi, aggiungendo il nome dello stimolo alla loro designazione. Ad esempio, il fototaxi è il movimento verso la luce; la chemiotassi è il movimento di un organismo in relazione alla concentrazione di sostanze chimiche. Ogni tipo di taxi può essere positivo o negativo, a seconda che lo stimolo agisca sull'organismo in modo attraente o ripugnante.

Sotto i tropismi capisci la natura specifica della crescita, che è caratteristica delle piante. Quindi, eliotropismo (dal greco. helios - il Sole) significa la crescita delle parti del terreno delle piante (stelo, foglie) verso il Sole e il geotropismo (dal greco. geo - Terra) - la crescita delle parti sotterranee (radici ) verso il centro della Terra.

Anche le piante sono caratterizzate nastia- i movimenti di parti di un organismo vegetale, ad esempio il movimento delle foglie durante le ore diurne, a seconda della posizione del Sole nel cielo, l'apertura e la chiusura della corolla di un fiore, ecc.

discrezione. La stessa parola discreta deriva dal latino discretus, che significa intermittente, diviso. La discrezione è una proprietà universale della materia. Quindi, dal corso di fisica e chimica generale, è noto che ogni atomo è costituito da particelle elementari, che gli atomi formano una molecola. Le molecole semplici fanno parte di composti complessi o cristalli, ecc.

Anche la vita sulla Terra si manifesta in forme discrete. Ciò significa che un organismo separato o altro sistema biologico (specie, biocenosi, ecc.) è costituito da parti separate isolate, cioè isolate o limitate nello spazio, ma comunque strettamente correlate e interagenti che formano un'unità strutturale e funzionale. Ad esempio, qualsiasi tipo di organismo include individui individuali. Il corpo di un individuo altamente organizzato forma organi spazialmente limitati, che, a loro volta, sono costituiti da singole cellule. L'apparato energetico della cellula è rappresentato dai singoli mitocondri, dall'apparato di sintesi proteica - dai ribosomi, ecc. fino alle macromolecole, ognuna delle quali può svolgere la sua funzione solo essendo isolata spazialmente dalle altre.

La discrezione della struttura del corpo è la base del suo ordine strutturale. Crea la possibilità del suo costante auto-rinnovamento sostituendo elementi strutturali "consunti" (molecole, enzimi, organelli cellulari, cellule intere) senza interrompere la funzione svolta. La discrezione di una specie predetermina la possibilità della sua evoluzione attraverso la morte o l'eliminazione di individui non adattati dalla riproduzione e la conservazione di individui con tratti utili alla sopravvivenza.

Autoregolazione. Questa è la capacità degli organismi viventi che vivono in condizioni ambientali in continuo cambiamento di mantenere la costanza della loro composizione chimica e l'intensità del corso dei processi fisiologici - omeostasi. Allo stesso tempo, la mancanza di assunzione di nutrienti dall'ambiente mobilita le risorse interne dell'organismo e l'eccesso provoca l'accumulo di queste sostanze. Tali reazioni vengono eseguite in modi diversi a causa dell'attività dei sistemi di regolazione: nervoso, endocrino e alcuni altri. Il segnale per l'attivazione dell'uno o dell'altro sistema normativo può essere un cambiamento nella concentrazione di una sostanza o nello stato di un sistema.

Ritmo. I periodici cambiamenti nell'ambiente hanno un profondo effetto sulla fauna e sui ritmi degli organismi viventi.

In biologia, il ritmo è inteso come cambiamenti periodici dell'intensità delle funzioni fisiologiche e dei processi di modellatura con diversi periodi di fluttuazione (da pochi secondi a un anno e un secolo). I ritmi quotidiani del sonno e della veglia negli esseri umani sono ben noti; ritmi stagionali di attività e letargo in alcuni mammiferi (scoiattoli di terra, ricci, orsi) e molti altri (Fig. 1.3).

Il ritmo ha lo scopo di coordinare le funzioni dell'organismo con l'ambiente, cioè di adattarsi a condizioni di esistenza che cambiano periodicamente.

Dipendenza energetica. I corpi viventi sono sistemi "aperti" per l'ingresso di energia. Questo concetto è preso in prestito dalla fisica. Per sistemi "aperti" intendiamo dinamici, cioè sistemi che non sono a riposo, stabili solo nella condizione di accesso continuo ad essi da parte di energia e materia dall'esterno. Pertanto, gli organismi viventi esistono fintanto che ricevono materia sotto forma di cibo dall'ambiente e dall'energia. Va notato che gli organismi viventi, a differenza degli oggetti di natura inanimata, sono limitati dall'ambiente dai gusci (la membrana cellulare esterna negli organismi unicellulari, il tessuto tegumentario negli organismi multicellulari). Questi gusci impediscono lo scambio di sostanze tra l'organismo e l'ambiente esterno, riducono al minimo la perdita di materia e mantengono l'unità spaziale del sistema.

V. B. Zakharov, S. G. Mamontov, N. I. Sonin, E. T. Zakharova

Biologia. Biologia generale. Livello profondo. Grado 11

Prefazione

Cari amici!

Continuiamo a studiare le basi della conoscenza biologica generale, iniziata nel decimo anno. Gli oggetti della nostra attenzione saranno le fasi dello sviluppo storico della fauna selvatica: l'evoluzione della vita sulla Terra e la formazione e lo sviluppo dei sistemi ecologici. Per approfondire questi importanti temi è necessaria la conoscenza acquisita l'anno scorso, poiché le leggi dell'ereditarietà e della variabilità sono al centro dei processi di sviluppo. Particolare attenzione nel libro di testo è riservata ai meccanismi genetici dell'evoluzione, all'analisi delle relazioni tra organismi e alle condizioni per la sostenibilità dei sistemi ecologici.

Non sarebbe un'esagerazione dire che negli ultimi cinquant'anni la biologia si è sviluppata notevolmente più velocemente di tutte le altre scienze. La rivoluzione in biologia iniziò negli anni '50 e all'inizio degli anni '60. XX secolo, quando, dopo lunghe fatiche e sforzi, gli scienziati sono finalmente riusciti a comprendere la natura materiale dell'eredità. La decifrazione della struttura del DNA e del codice genetico è stata inizialmente percepita come una soluzione al segreto principale della vita. Ma la storia ha dimostrato che le grandi scoperte della metà del secolo scorso non hanno affatto fornito risposte definitive a tutte le domande che la biologia deve affrontare. Essi, nelle parole di un noto scienziato e divulgatore della scienza, b. n. A. V. Markov, divenne piuttosto una magica "chiave d'oro" che aprì la misteriosa porta, dietro la quale furono scoperti nuovi labirinti dell'ignoto.

Il flusso di nuove scoperte non si esaurisce nemmeno oggi. Ci sono così tante nuove conoscenze che quasi tutte le ipotesi di lavoro, le generalizzazioni, le regole, le leggi devono essere costantemente riviste e migliorate. Tuttavia, i concetti classici raramente vengono completamente scartati. Di solito si parla di estensioni e affinamenti dei limiti della loro applicazione; allo stesso modo, ad esempio, in fisica, la teoria della relatività non ha affatto cancellato l'immagine newtoniana del mondo, ma l'ha chiarita, integrata e ampliata.

L'evoluzione è un fatto scientifico. A questo proposito, i biologi sono abbastanza unanimi; inoltre, si ritiene necessario considerare eventuali problematiche biologiche nei vari campi della conoscenza attraverso il prisma dell'insegnamento evoluzionistico. Che l'evoluzione proceda spontaneamente, senza il controllo di forze intelligenti, per ragioni naturali, è un'ipotesi generalmente accettata e perfettamente funzionante, il cui rifiuto è altamente indesiderabile, perché renderebbe la fauna selvatica in gran parte inconoscibile. Dettagli, meccanismi, forze motrici, modelli, percorsi evolutivi: questo è l'argomento principale della ricerca dei biologi oggi.

Qual è la totalità delle idee sull'evoluzione accettate oggi dalla comunità scientifica? Spesso viene chiamato "Darwinismo", ma tanti chiarimenti, aggiunte e ripensamenti sono già stati sovrapposti all'insegnamento originale di Darwin secondo cui un tale nome è solo fonte di confusione. A volte cercano di equiparare questo insieme alla teoria sintetica dell'evoluzione (STE). L'ulteriore sviluppo della biologia evolutiva non ha confutato le conquiste del passato, non c'è stato alcun "crollo del darwinismo", di cui giornalisti e scrittori lontani dalla biologia amano parlare, tuttavia, le scoperte successive hanno cambiato significativamente la nostra comprensione del processo evolutivo. Questo è un normale processo di sviluppo della scienza, come dovrebbe essere.

La gamma di problemi che incontrerai al grado 11 è molto ampia, ma non tutti sono trattati in dettaglio nel libro di testo. Per uno studio più approfondito di alcune questioni di biologia, alla fine del libro viene fornito un elenco di letteratura aggiuntiva. Inoltre, non tutte le regolarità sono conosciute o comprese appieno, perché la complessità e la diversità della vita sono così grandi che stiamo solo iniziando a capire alcuni dei suoi fenomeni, mentre altri aspettano ancora di essere studiati.

Mentre lavori sul tuo libro di testo, valuta costantemente i tuoi progressi. Sei soddisfatto di loro? Quali cose nuove impari quando studi un nuovo argomento? In che modo questa conoscenza può esserti utile nella vita di tutti i giorni? Se alcuni materiali ti sembrano difficili, chiedi aiuto al tuo insegnante o usa libri di riferimento e risorse Internet. Troverai un elenco di siti Internet consigliati alla fine del tutorial.

Gli autori esprimono la loro gratitudine all'accademico dell'Accademia russa di scienze mediche, il professor V.N. Yarygin per aver sostenuto i loro sforzi creativi, a Yu.P. Dashkevich e al professor A.G. Mustafin per i preziosi commenti da loro fatti durante la preparazione di questa edizione del libro di testo.

Vincitore del Premio del Presidente della Federazione Russa nel campo dell'istruzione, Accademico dell'Accademia Russa di Scienze Naturali, Professor V. B. Zakharov

Sezione 1. La dottrina dell'evoluzione del mondo organico

Il mondo degli organismi viventi ha una serie di caratteristiche comuni che hanno sempre causato una sensazione di stupore in una persona. In primo luogo, questa è la straordinaria complessità della struttura degli organismi, in secondo luogo, l'ovvia finalità, o natura adattativa, di molte caratteristiche e, in terzo luogo, l'enorme varietà di forme di vita. Le domande sollevate da questi fenomeni sono abbastanza ovvie. Come sono nati gli organismi complessi? Sotto l'influenza di quali forze si sono formate le loro caratteristiche adattive? Qual è l'origine della diversità del mondo biologico e come viene mantenuta? Che posto occupa l'uomo nel mondo organico e chi sono i suoi antenati?

In tutte le epoche, l'umanità ha cercato di trovare risposte a queste e a molte altre domande simili. Nelle società prescientifiche, le spiegazioni sfociavano in leggende e miti, alcuni dei quali servivano come base per vari insegnamenti religiosi. L'interpretazione scientifica è racchiusa nella teoria dell'evoluzione, oggetto di questa sezione.

Capitolo 1 dottrina evolutiva

Tutto è e non è, perché, anche se verrà il momento in cui sarà, smette immediatamente di essere... La stessa cosa è insieme giovane e vecchio, e morta e viva, poi si trasforma in questo, questo, cambiando, diventa di nuovo argomenti.

Eraclito

L'opera principale di Charles Darwin "The Origin of Species", che cambiò radicalmente l'idea di fauna selvatica, apparve nel 1859. Questo evento fu preceduto da oltre vent'anni di lavoro sullo studio e la comprensione del ricco materiale fattuale raccolto sia dallo stesso Darwin e da altri scienziati. In questo capitolo conoscerete le premesse di base delle idee evoluzionistiche e la prima teoria evoluzionistica di J. B. Lamarck; conoscere la teoria di Ch. Darwin della selezione artificiale e naturale, nonché le idee moderne sui meccanismi e la velocità di speciazione.

Attualmente sono state descritte più di 600mila piante e almeno 2,5 milioni di specie animali, circa 100mila specie di funghi e più di 8mila procarioti, nonché fino a 800 specie di virus. Sulla base del rapporto tra specie moderne di organismi viventi descritte e non ancora identificate, gli scienziati ipotizzano che circa 4,5 milioni di specie di organismi siano rappresentate nella flora e nella fauna moderne. Inoltre, utilizzando dati paleontologici e altri, i ricercatori hanno calcolato che durante l'intera storia della Terra vissero almeno 1 miliardo di specie di organismi viventi.

Consideriamo come in diversi periodi della storia umana le persone hanno immaginato l'essenza della vita, la diversità degli esseri viventi e l'emergere di nuove forme di organismi.

1.1. La storia delle idee sullo sviluppo della vita sulla Terra

Il primo tentativo di sistematizzare e generalizzare le conoscenze accumulate su piante e animali e sulla loro attività vitale fu compiuto da Aristotele (IV secolo aC), ma molto prima di lui molte informazioni interessanti sull'organizzazione della natura vivente furono presentate nei monumenti letterari di vari popoli dell'antichità, principalmente legati all'agronomia, alla zootecnia e alla medicina. La stessa conoscenza biologica è radicata nei tempi antichi e si basa sulle attività pratiche dirette delle persone. Secondo le pitture rupestri dell'uomo di Cro-Magnon (13 mila anni aC), si può stabilire che già a quel tempo le persone potevano distinguere un gran numero di animali che servivano come oggetto della loro caccia.

1.1.1. Idee antiche e medievali sull'essenza e lo sviluppo della vita

Nell'antica Grecia nei secoli VIII-VI. AVANTI CRISTO e. nelle viscere di una filosofia olistica della natura sorsero i primi rudimenti della scienza antica. I fondatori della filosofia greca Talete, Anassimandro, Anassimene ed Eraclito cercavano una fonte materiale da cui il mondo è sorto grazie al naturale sviluppo personale. Per Talete, questo primo principio era l'acqua. Gli esseri viventi, secondo gli insegnamenti di Anassimandro, sono formati da materia indefinita - "apeiron" secondo le stesse leggi degli oggetti di natura inanimata. Il terzo filosofo ionico, Anassimene, considerava l'aria il principio materiale del mondo, da cui tutto nasce e in cui tutto ritorna. Ha anche identificato l'anima umana con l'aria.

Il più grande degli antichi filosofi greci era Eraclito di Efeso. Il suo insegnamento non contiene disposizioni speciali sulla natura vivente, ma era di grande importanza sia per lo sviluppo di tutte le scienze naturali che per la formazione di idee sulla materia vivente. Eraclito introdusse per la prima volta nella filosofia e nella scienza della natura un'idea chiara del cambiamento costante. Lo scienziato considerava il fuoco l'inizio del mondo. Ha insegnato che ogni cambiamento è il risultato della lotta: "Tutto nasce attraverso la lotta e per necessità".