Riproduzione asessuata. Riproduzione sessuale. Gamete. Zigote. Cromosoma. Mitosi. Meiosi. Attraversando. Ciclo cellulare. Cellula diploide. Cellula aploide. Ontogenesi. Descrivere la procedura per indossare una maschera antigas

anno 2013

Istruzioni per completare l'attività

Ti vengono offerti compiti che soddisfano i requisiti minimi di conoscenza per i diplomati della scuola primaria nella materia "Fondamenti di sicurezza della vita".

Le missioni vengono presentate sotto forma di affermazioni incomplete che possono essere vere o false una volta completate.

Le dichiarazioni sono presentate in:

In una forma chiusa, cioè con opzioni di completamento proposte, quando si completano queste attività è necessario scegliere il completamento corretto tra 4 opzioni proposte. Tra questi ci sono finali sia corretti che errati, nonché affermazioni che corrispondono parzialmente al significato. Solo una cosa è corretta: quella che corrisponde più pienamente al significato dell'affermazione. Le opzioni selezionate sono contrassegnate barrando il riquadro corrispondente nel modulo di risposta: “a”, “b”, “c” o “d”;

Modulo aperto, ovvero senza opzioni di completamento proposte. Quando completi questa attività, devi scegliere autonomamente una parola che, completando l'affermazione, formi un'affermazione vera. La parola selezionata si inserisce nella colonna corrispondente del modulo di risposta;

Un modulo che implica stabilire l'ordine di direzioni, sistemi, caratteristiche, indicatori e dimensioni a te note. L'opzione selezionata è contrassegnata barrando il riquadro corrispondente sul modulo di risposta: “a”, “b”, “c” o “d”.

Le registrazioni devono essere leggibili.

Leggi attentamente le attività e le opzioni di risposta suggerite. Cerca di non indovinare, ma di giustificare logicamente la tua scelta. Salta compiti non familiari invece di completarli indovinando. Ciò farà risparmiare tempo per altre attività. Successivamente potrai tornare all'attività mancata. Tempo di completamento dell'attività: 90 minuti.

1. Sei nella foresta dove c'è un incendio. Determina la sequenza delle azioni.

1) abbandonare velocemente il bosco verso il vento

2) determinare la direzione di propagazione dell'incendio

3) scegliere un percorso fuori dalla foresta verso un luogo sicuro

4) determinare la direzione del vento

UN) 4, 2, 3, 1

B) 1, 2, 3, 4

V) 3, 2, 4, 1

G) 2, 1, 4, 3

2. Completa l'affermazione scrivendo la parola appropriata sul tuo foglio delle risposte.

... è un organo del corpo umano in cui il sangue venoso viene convertito in arterioso.

3. Decidi cosa fare dopo essere stato informato di un incidente in un impianto chimico vicino a casa tua. Non disponi di dispositivi di protezione individuale, di riparo o della possibilità di uscire dalla zona dell'incidente:

1) accendere la radio, la TV, ascoltare le informazioni

2) rivestire le porte d'ingresso con tessuto spesso

3) chiudere bene tutte le finestre e le porte

4) sigillare la casa

UN) 1, 2, 3, 4

B) 2, 1, 3, 4

V) 4, 2, 1, 3

G) 3, 2, 1, 4

4. Le armi nucleari sono:

UN) armi offensive ad alta precisione basate sull'uso di radiazioni ionizzanti durante l'esplosione di una carica nucleare in aria, a terra (sull'acqua) o nel sottosuolo (sott'acqua)

B) arma esplosiva di distruzione di massa basata sull'uso di radiazioni luminose risultanti da un grande flusso di energia radiante generata durante un'esplosione, compresi raggi ultravioletti, visibili e infrarossi

V) armi esplosive di distruzione di massa basate sull'uso di energia intranucleare

G) trasformazione spontanea di nuclei atomici instabili nei nuclei di altri elementi, accompagnata dall'emissione di radiazioni nucleari

5. Trovandoti in un'area di contaminazione chimica, hai sentito l'odore delle mandorle amare. Che sostanza velenosa è questa?

UN) gas mostarda

B) Sarin

V) acido cianidrico

G) fosgene

6. In caso di contaminazione simultanea con sostanze radioattive, tossiche e agenti batterici (biologici), vengono prima neutralizzati:

UN) sostanze tossiche, e poi sostanze radioattive e agenti batterici (biologici).

B) sostanze radioattive e agenti batterici (biologici), e poi sostanze tossiche

V) agenti batterici, e poi sostanze radioattive e tossiche

G) sostanze radioattive, e quindi batteriche e velenose

7. Completa l'affermazione scrivendo la parola appropriata sul tuo foglio delle risposte.

Uno stato di profonda depressione del sistema nervoso centrale, in cui si perde la coscienza e la reazione agli stimoli esterni e si osserva un disturbo nella regolazione delle funzioni vitali del corpo, è chiamato ...

8. Determinare la sequenza corretta di primo soccorso per le fratture chiuse:

UN) fermare l'emorragia, applicare una benda sterile, somministrare un anestetico, immobilizzare l'arto, trasportare la vittima in una struttura medica

B) Applicare una benda stretta sul sito della frattura, somministrare antidolorifici e portare la vittima in una struttura medica

V) somministrare anestetico, immobilizzare, trasportare la vittima in una struttura medica

G) immobilizzare, applicare del freddo sul sito della frattura e trasportare la vittima in una struttura medica

9. Completa l'affermazione scrivendo la definizione appropriata sul foglio delle risposte.

Il ripristino o la sostituzione temporanea delle funzioni vitali del corpo compromesse o perdute con l'aiuto di determinati influssi esterni è chiamato...

10. Completa l'affermazione scrivendo la parola appropriata sul tuo foglio delle risposte.

Una formazione in cui i militari sono posizionati uno dietro la testa dell'altro e le unità (veicoli) sono posizionate una dopo l'altra a distanze stabilite dal comandante, è chiamata...

11. La battaglia dell'esercito russo guidato da Alexander Nevsky con i cavalieri dell'Ordine Livoniano sul ghiaccio del Lago Peipus ebbe luogo nel ... anno.

UN) 1242 B) 1380 V) 1223 G) 1283

12. Le sostanze tossiche (TS) che provocano bruciore acuto agli organi respiratori, vista, lacrimazione, tosse, rendendo difficile la respirazione, appartengono alle seguenti:

UN) generalmente velenoso

B) psicochimico

V) fastidioso

G) agente nervino

13. Completa l'affermazione scrivendo la parola appropriata sul tuo foglio delle risposte.

Vengono chiamate miscele meccaniche di ossidi di ferro con alluminio, accese da uno speciale dispositivo di accensione, che bruciano in assenza di ossigeno e creano temperature fino a 3000 ° C. . .

14. Lo stato fisico e mentale del corpo umano, situato in condizioni di benessere sociale e ambientale, in cui ha prestazioni elevate e prova soddisfazione dalle sue attività di vita, è chiamato:

UN) felicità

B) benessere

V) soddisfazione

G) salute

15. Completa l'affermazione scrivendo la parola appropriata sul tuo foglio delle risposte.

UN) spazzatura, carta

B) benzina, cherosene

V) edifici in legno

B) cloro

V) fosgene

G) ammoniaca

25. Durante un incidente in una struttura chimicamente pericolosa, si è verificata una perdita di ammoniaca. Abiti al quarto piano di un edificio di nove piani. Cosa farai se la tua casa si trova in una zona di infestazione?

UN) rimani nel tuo appartamento

B) nascondersi nel seminterrato di un edificio

V) salire all'ultimo piano

G) aerare la stanza e restare nel tuo appartamento

26. Durante un incidente in una struttura chimicamente pericolosa, si è verificata una perdita di cloro. Potresti ritrovarti in una zona infetta, vivendo al primo piano di un edificio di nove piani. Cosa farai?

UN) nascondersi nel seminterrato di un edificio

B) salire all'ultimo piano

V) rimani nel tuo appartamento

G) lascia il tuo appartamento e scendi al primo piano

27. Una miscela esplosiva costituita da prodotti petroliferi e additivi di magnesio in polvere (alluminio), asfalto liquido e oli pesanti è:

UN) napalm

B) miscele di termite

V) miscela incendiaria "Electron"

G) torte

28. Gli organismi unicellulari non nucleari che sono eterotrofi che causano malattie infettive sono chiamati patogeni:

UN) funghi

B) virus

V) animali più semplici

G) batteri

29. Completa l'affermazione scrivendo la definizione appropriata sul tuo foglio delle risposte.

Il fattore dannoso delle armi nucleari, che provoca una significativa distruzione di oggetti materiali e distrugge meccanicamente il personale nemico, si chiama ....

30. Trova tra i nomi dei gruppi di organismi e dei singoli organismi elencati di seguito quello che può causare malattie infettive:

UN) insetti

B) roditori

V) anfibi

G) funghi unicellulari

31. Quale segnale di protezione civile significa l'ululato di una sirena, segnali acustici intermittenti di imprese e veicoli?

UN) Avviso raid aereo

B) Pericolo di radiazioni

V) Attenzione a tutti

G) Rischio chimico

32. Trova tra i nomi delle malattie elencati quello che non è infettivo:

UN) colera

B) tetano

V) epatite A

G) pediculosi

33. Dall'elenco seguente, seleziona una ragione per l'esistenza autonoma forzata in condizioni naturali:

UN) mancanza di comunicazioni

B) registrazione tardiva del gruppo turistico prima di intraprendere il percorso

V) grave incendio boschivo

G) perdita della bussola

34. Indicare il numero di altezze di una maschera antigas per armi generali.

UN) 3 B) 4 V) 5 G) 6

35. Un'area di bassa pressione nell'atmosfera è:

UN) tornado B) ciclone V) tempesta G) anticiclone

36. In cosa differiscono le armi batteriologiche dalle armi chimiche di distruzione di massa?

37. Definire cos'è un'emergenza.

38. Descrivi la procedura per indossare una maschera antigas.

39. Quali sono le dimensioni dell'OZK.

40. Dai un nome alle stanze che si trovano nel rifugio.

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4. Spiegare come vengono controllati i processi vitali di una cellula.

5. Pensa se la conoscenza della cellula è collegata alla comprensione delle leggi generali della vita e del suo sviluppo. Giustifica il tuo punto di vista.

Concetti base sui Procarioti. Eucarioti. Organelli cellulari. Monomeri. Polimeri.

Acidi nucleici. DNA. RNA. Enzimi. Biosintesi. Fotosintesi.

Metabolismo. Ossidazione biologica (respirazione cellulare).

Capitolo Riproduzione e sviluppo individuale degli organismi (ontogenesi) Dopo aver studiato il capitolo sarai in grado di:

Descrivere i due principali tipi di riproduzione e il loro ruolo nell'evoluzione della vita;

Parliamo del significato biologico della fecondazione e del ruolo dello zigote;

Rivelare l'essenza della mitosi e della meiosi e il loro significato;

Spiegare i processi di divisione cellulare e il suo significato biologico;

Descrivere le fasi dell'ontogenesi.

§ 13 Tipi di riproduzione La riproduzione è la riproduzione di un proprio genere, garantendo la continuazione della specie.

La riproduzione è la proprietà fondamentale di tutti gli organismi. Come risultato della riproduzione, il numero di individui di una determinata specie aumenta, si ottengono continuità e successione nella trasmissione delle informazioni ereditarie dai genitori alla prole.

Avendo raggiunto una certa dimensione e sviluppo, l'organismo riproduce la sua prole - nuovi organismi della stessa specie e li reinsedia nello spazio circostante.

La diversità degli organismi che si è storicamente sviluppata sulla Terra ha portato ad una varietà estremamente ampia di metodi di riproduzione. Tuttavia, sono tutte solo varianti dei due principali tipi di riproduzione: asessuata e sessuale.

La riproduzione asessuata è l'autoriproduzione di organismi a cui partecipa un solo individuo (genitore). Di norma, la riproduzione sessuale coinvolge due individui (due genitori): una femmina e un maschio.

Riproduzione sessuale. La caratteristica principale della riproduzione sessuale è la fecondazione, cioè la fusione delle cellule germinali femminili e maschili e la formazione di una cellula comune - uno zigote (zigoti greci - "uniti insieme"). Lo zigote dà origine ad un nuovo organismo, che unisce le proprietà ereditarie dei due organismi genitori.

Le cellule sessuali - gameti (gameti greci - "coniuge") - si formano negli organismi genitori in organi speciali. Negli animali e negli esseri umani sono chiamati organi genitali, nelle piante - organi generativi (greco genero - "produco", "partorisco"). I gameti maschili e femminili si sviluppano negli organi genitali degli animali e negli organi generativi delle piante. I gameti maschili sono solitamente piccole cellule contenenti solo sostanza nucleare (ereditaria). Alcuni di essi sono immobili (spermatozoi), altri sono mobili (spermatozoi).

Lo sperma si sviluppa in tutte le angiosperme e gimnosperme e lo sperma si sviluppa nelle alghe, nei muschi, nelle felci e nella maggior parte degli organismi animali, compreso l'uomo.

I gameti femminili (uova) sono cellule piuttosto grandi, a volte mille volte più grandi dello sperma. Oltre alla materia nucleare, le uova contengono una grande quantità di preziose sostanze organiche necessarie dopo la fecondazione per lo sviluppo dell'embrione.

La fecondazione in molti organismi primitivi (alghe verdi filamentose, ad esempio spirogira, alcuni tipi di batteri, ciliati, muffe, ecc.) Viene effettuata mediante la fusione di due cellule morfologicamente identiche, con conseguente formazione di una cellula: uno zigote. Questo processo sessuale è chiamato coniugazione (lat. conjugatio - "connessione"). Le cellule fondenti sono anche chiamate gameti. La loro coniugazione (fusione) produce uno zigote.

Due cellule vicine dello stesso filamento di spirogira o cellule di due diversi filamenti adiacenti possono coniugarsi. In questo caso, il ruolo della cellula riproduttiva femminile è svolto da quello in cui scorre il contenuto di un'altra cellula. Il contenuto che scorre è considerato la cellula riproduttiva maschile.

Nei ciliati, le pantofole caudate coniugano due individui identici che nuotano liberamente.

Inoltre, non uniscono insieme il contenuto delle cellule, ma scambiano tra loro la materia nucleare.

Pertanto, la riproduzione sessuale è caratterizzata dallo sviluppo delle cellule germinali, dalla fecondazione e dalla formazione di uno zigote, che unisce la sostanza ereditaria di due diversi individui genitoriali. Di conseguenza, ogni individuo figlia che si sviluppa da uno zigote contiene nuove proprietà - provenienti da due diversi organismi della stessa specie.

Durante la riproduzione sessuale appare sempre un organismo con proprietà uniche che non sono ancora state trovate in natura, sebbene sia molto simile ai suoi genitori. Tali organismi con nuove proprietà ereditarie ricevute da entrambi i genitori spesso risultano più adattati alla vita in condizioni ambientali mutevoli.

Durante la riproduzione sessuale, c'è un costante rinnovamento delle proprietà ereditarie nelle generazioni figlie di organismi. Questo è il più grande ruolo biologico della riproduzione sessuale nell'evoluzione degli esseri viventi.

Non esiste tale rinnovamento durante la riproduzione asessuata, quando gli organismi figli si sviluppano solo da un genitore e ne portano solo le proprietà ereditarie.

Riproduzione asessuata. Questo è un antico metodo per riprodurre la propria specie, caratteristico degli organismi di tutti i regni della natura vivente, in particolare dei procarioti.

Questo metodo di riproduzione, che avviene senza la partecipazione delle cellule germinali, è diffuso negli organismi unicellulari, nei funghi e nei batteri.

Negli organismi unicellulari e multicellulari, la riproduzione asessuata viene effettuata per divisione e gemmazione. La divisione nei procarioti avviene mediante costrizione della cellula in due parti. Negli eucarioti la divisione è più complessa ed è assicurata da processi che avvengono nel nucleo (vedi § 14).

Un esempio di riproduzione asessuata è la riproduzione vegetativa nelle piante. In alcuni animali avviene anche la riproduzione vegetativa. Si chiama riproduzione per frammentazione, cioè parti (frammenti) del corpo da cui si sviluppa un nuovo individuo. La riproduzione per frammenti è tipica delle spugne, dei celenterati (idra), dei platelminti (planaria), degli echinodermi (stelle marine) e di alcune altre specie.

Negli animali unicellulari e in alcuni multicellulari, così come nei funghi e nelle piante, la riproduzione asessuata può essere effettuata per gemmazione. Sul corpo della madre si formano escrescenze speciali: germogli da cui si sviluppano nuovi individui. Un altro tipo di riproduzione asessuata è la sporulazione. Le spore sono cellule specializzate individuali, molto piccole, che contengono un nucleo, un citoplasma, sono ricoperte da una membrana densa e sono in grado di resistere a lungo a condizioni sfavorevoli. Una volta in condizioni ambientali favorevoli, le spore germinano e formano un nuovo organismo (figlia). La sporulazione è ampiamente rappresentata nelle piante (alghe, briofite, pteridofite), funghi e batteri. Tra gli animali si osserva la sporulazione, ad esempio, negli sporozoi, in particolare nel plasmodio malarico.

È interessante notare che durante la riproduzione asessuata, gli individui figli separati riproducono completamente le proprietà dell'organismo materno. Trovandosi in altre condizioni ambientali, possono manifestare le loro proprietà in modo diverso, principalmente solo nella dimensione (dimensione) dei nuovi organismi. Le proprietà ereditarie rimangono invariate.

La capacità di ripetere negli organismi figli le qualità ereditarie invariate del genitore, cioè di riprodurre una prole omogenea, è una proprietà unica della riproduzione asessuata.

Gli organismi che nascono asessualmente di solito si sviluppano molto più velocemente di quelli che nascono attraverso la riproduzione sessuale. Aumentano il loro numero più velocemente e si diffondono su vaste aree molto più velocemente.

Nella maggior parte degli organismi unicellulari e multicellulari, la riproduzione asessuata può alternarsi alla riproduzione sessuale.

Ad esempio, in alcuni celenterati marini, la generazione sessuale è rappresentata da meduse solitarie che nuotano liberamente e la generazione asessuata da polipi sessili. Nelle piante, ad esempio nelle felci, la generazione sessuale (gametofito) è rappresentata da un piccolo protallo simile a una foglia, e la generazione asessuata (sporofito) è una grande pianta fogliare su cui si sviluppano spore (Fig. 19).

È caratteristico che la riproduzione asessuata avvenga quando l'organismo si trova in condizioni ad essa favorevoli. Quando le condizioni peggiorano, il corpo passa alla riproduzione sessuale. In molte piante e animali altamente sviluppati, la riproduzione sessuale inizia solo dopo che l'organismo ha attraversato alcune fasi specifiche del suo sviluppo e ha raggiunto l'età della maturità sessuale.

La riproduzione asessuata e sessuale sono i due modi principali di continuare la vita, formati nel processo di evoluzione della natura vivente.

1. Spiegare il vantaggio evolutivo della riproduzione sessuale rispetto alla riproduzione asessuata.

2*. Qual è il ruolo biologico della riproduzione asessuata nell'evoluzione degli esseri viventi?

La fusione di due cellule vicine e adiacenti è un metodo di fecondazione in molti organismi primitivi.

Le cellule riproduttive maschili mobili si sviluppano nella maggior parte degli animali e delle piante, mentre le cellule riproduttive maschili immobili si sviluppano solo nelle piante da seme.

§ 14 Divisione cellulare. Mitosi Tutte le nuove cellule nascono dividendo una cellula esistente, attuando la legge fondamentale della vita: “cellula da cellula”. Questo processo è osservato sia negli organismi unicellulari che multicellulari.

Negli organismi unicellulari, la divisione cellulare è alla base della riproduzione asessuata, portando ad un aumento del loro numero. Negli organismi multicellulari la divisione è alla base della formazione dell'organismo stesso. Iniziando la loro esistenza con una cellula (zigote), grazie alla divisione ripetuta, creano miliardi di nuove cellule attraverso la riproduzione asessuata:

In questo modo il corpo cresce, i suoi tessuti si rinnovano e le cellule invecchiate e morte vengono sostituite. La divisione cellulare non si ferma per tutta la vita dell'organismo, dalla nascita alla morte.

È noto che le cellule invecchiano nel tempo (accumulano prodotti metabolici non necessari) e muoiono. Si stima che in un adulto il numero totale di cellule sia superiore a 1015. Di queste, circa l'1-2% delle cellule muore ogni giorno. Pertanto, le cellule del fegato vivono non più di 1-8 mesi, i globuli rossi - mesi, le cellule epiteliali dell'intestino tenue - 1-2 giorni. Solo le cellule nervose vivono per tutta la vita e funzionano di una persona senza essere sostituite. Tutte le altre cellule umane vengono sostituite con nuove cellule circa ogni 7 anni.

Tutte le sostituzioni cellulari nel corpo avvengono attraverso la loro costante divisione.

La divisione cellulare è un processo complesso di riproduzione asessuata. Le nuove cellule figlie risultanti di solito diventano capaci di dividersi dopo un certo periodo di sviluppo. Ciò è dovuto al fatto che la divisione deve essere preceduta dal raddoppio degli organelli intracellulari che assicurano l'attività vitale della cellula. Altrimenti nelle cellule figlie finirebbero sempre meno organelli. Per il normale funzionamento, una cellula figlia, come una cellula madre, deve ricevere informazioni ereditarie sulle sue principali caratteristiche contenute nei cromosomi. Senza queste informazioni, la cellula non sarà in grado di sintetizzare gli acidi nucleici e le proteine ​​di cui ha bisogno. Ciò significa che durante la divisione, ciascuna cellula figlia deve ricevere una copia dei cromosomi con le informazioni ereditarie dalla cellula madre.

L'autoriproduzione per divisione è una proprietà comune delle cellule degli organismi unicellulari e multicellulari. Tuttavia, questo processo avviene in modo diverso nelle cellule procariotiche ed eucariotiche.

Divisione cellulare nei procarioti. La divisione cellulare dei procarioti è determinata dalle caratteristiche strutturali delle loro cellule. Le cellule procariotiche non hanno nucleo né cromosomi.

Pertanto, le cellule si riproducono per semplice divisione. La sostanza nucleare nei batteri è rappresentata da una molecola circolare di DNA, convenzionalmente considerata un cromosoma. Il DNA è a forma di anello ed è solitamente attaccato alla membrana cellulare.

Prima di dividersi, il DNA batterico viene duplicato e ciascun DNA a sua volta è attaccato alla membrana cellulare. Una volta completata la duplicazione del DNA, la membrana cellulare cresce tra le due molecole di DNA risultanti. Pertanto, il citoplasma è diviso in due cellule figlie, ciascuna delle quali contiene un'identica molecola circolare di DNA (Fig. 20).

Divisione cellulare negli eucarioti. Nelle cellule eucariotiche, le molecole di DNA sono contenute nei cromosomi. I cromosomi svolgono un ruolo importante nel processo di divisione cellulare. Garantiscono la trasmissione di tutte le informazioni ereditarie e la partecipazione alla regolazione dei processi metabolici nelle cellule figlie. Distribuendo i cromosomi tra le cellule figlie e trasferendo a ciascuna di esse un insieme di cromosomi rigorosamente identici, si ottiene la continuità delle proprietà in un numero di generazioni di organismi.

Durante la divisione, il nucleo di una cellula eucariotica attraversa una serie di fasi sequenziali e continue. Questo processo è chiamato mitosi (greco.

mitos - "filo")

Come risultato della mitosi si verifica prima un raddoppio e poi una distribuzione uniforme del materiale ereditario tra i due nuclei delle cellule figlie emergenti.

A seconda di ciò che avviene nella cellula in divisione e di come questi eventi appaiono al microscopio, si distinguono quattro fasi, o stadi, della mitosi, che si susseguono: la prima fase è la profase, la seconda è la metafase, la terza è l'anafase e la seconda è la profase. quarto, finale, - telofase. Consideriamo cosa succede nel nucleo nei diversi stadi di divisione (Fig. 21).

Profase. Aumento del volume del nucleo. La membrana nucleare si disintegra. I cromosomi doppi sono chiaramente visibili: sono costituiti da due copie filiformi - i cromatidi, collegate da una costrizione - un centromero. Nel citoplasma, un apparato per separare i cromosomi è formato da microtubuli: un fuso.

Metafase. I cromosomi si spostano al centro della cellula. Ciascuno di essi è costituito da due cromatidi collegati da un centromero. Un'estremità dei filamenti del fuso è attaccata ai centromeri.

Anafase. I microtubuli si contraggono, i centromeri si separano e si allontanano gli uni dagli altri. I cromosomi si separano e i cromatidi si spostano ai poli opposti del fuso.

Telofase. Si formano nuovi nuclei. I cromosomi nei nuovi nuclei diventano sottili, invisibili al microscopio. Il nucleolo riappare e si forma l'involucro nucleare. Questa è l'ultima fase della divisione nucleare cellulare.

Contemporaneamente alla telofase inizia la divisione del citoplasma. Innanzitutto, si forma una costrizione (setto) tra le cellule figlie. Dopo qualche tempo, il contenuto della cella si separa. Ecco come appaiono le nuove cellule figlie con il citoplasma attorno a nuovi nuclei identici. Successivamente, ricomincia la preparazione per la divisione di questa cellula ormai nuova, e l'intero ciclo si ripete continuamente se esistono condizioni favorevoli. Il processo di mitosi dura circa 1-2 ore e la sua durata varia a seconda dei diversi tipi di cellule e tessuti. Dipende anche dalle condizioni ambientali.

La divisione del nucleo e, di conseguenza, della cellula continua continuamente finché la cellula ha i mezzi per assicurare la sua attività vitale.

Ciclo cellulare. L'esistenza di una cellula dal momento in cui nasce come risultato della divisione fino alla separazione in cellule figlie è chiamata ciclo di vita cellulare o ciclo cellulare. Ci sono due fasi (o fasi) nel ciclo di vita cellulare.

La prima fase del ciclo cellulare è la preparazione della cellula alla divisione. Si chiama interfase (dal latino inter- “tra” e dal greco phase- “apparizione”). L'interfase nel ciclo cellulare occupa il periodo di tempo più lungo (fino al 90%). Durante questo periodo, il nucleo e il nucleolo sono chiaramente visibili nella cellula. La cellula giovane cresce attivamente, le proteine ​​vengono biosintetizzate, accumulate, le molecole di DNA vengono preparate per raddoppiare e tutto il materiale cromosomico viene duplicato (replicato). I cromosomi non sono visibili, ma il processo del loro raddoppio è attivamente in corso. Un cromosoma duplicato è costituito da due metà contenenti ciascuna una molecola di DNA a doppio filamento. Le caratteristiche caratteristiche delle cellule in interfase sono la despiralizzazione (svolgimento) dei cromosomi e la loro distribuzione uniforme sotto forma di massa sciolta in tutto il nucleo. Verso la fine dell'interfase, i cromosomi si attorcigliano (si attorcigliano) e diventano visibili, ma appaiono ancora come sottili fili allungati (Fig. 22).

Nella seconda fase del ciclo cellulare avviene la mitosi e la cellula si divide in due cellule figlie.

Dopo la separazione, ciascuna delle due cellule figlie entra nuovamente in interfase. Da questo momento, in entrambe le cellule eucariotiche emergenti inizia un nuovo ciclo cellulare (ora proprio).

Come puoi vedere, la divisione cellulare avviene in modo diverso negli eucarioti e nei procarioti. Ma sia la semplice divisione nei procarioti che la divisione per mitosi negli eucarioti sono metodi di riproduzione asessuata: le cellule figlie ricevono le informazioni ereditarie che aveva la cellula madre. Le cellule figlie sono geneticamente identiche al genitore. Non ci sono cambiamenti nell'apparato genetico qui. Pertanto, tutte le cellule che compaiono durante il processo di divisione cellulare e i tessuti da esse formati presentano omogeneità genetica.

1. Spiegare le differenze nei processi di divisione cellulare nei procarioti e negli eucarioti.

2*. Perché nella riproduzione asessuata i figli sono identici ai genitori?

3. Descrivere il processo di mitosi e le caratteristiche di ciascuna delle sue fasi.

4. Sostituisci le parole sottolineate con termini.

La prima fase della mitosi inizia quando i cromosomi diventano visibili.

Alla fine della terza fase della mitosi, i cromosomi si trovano ai poli opposti della cellula.

Le strutture cellulari contenenti informazioni genetiche diventano visibili solo durante la mitosi.

Lavoro di laboratorio n. 2 (vedi Appendice, p. 230).

§ 15 Formazione delle cellule germinali. Meiosi Le cellule sessuali (gameti) si sviluppano negli organi genitali (generativi) e svolgono un ruolo vitale: assicurano la trasmissione delle informazioni ereditarie dai genitori alla prole. Durante la riproduzione sessuale, a seguito della fecondazione, avviene la fusione di due cellule germinali (maschio e femmina) e la formazione di una cellula: uno zigote, la cui successiva divisione porta allo sviluppo di un organismo figlia.

Tipicamente, il nucleo cellulare contiene due serie di cromosomi - uno da uno e l'altro genitore - 2p (la lettera latina "p" indica un singolo set di cromosomi). Tale cellula è chiamata diploide (dal greco diploos - "doppio" ed eidos - "specie"). Si può presumere che quando due nuclei si uniscono, la cellula appena formata (zigote) conterrà non più due, ma quattro serie di cromosomi, che raddoppieranno nuovamente ad ogni successiva comparsa di zigoti.

Immagina quanti cromosomi si accumulerebbero in una cellula!

Ma questo non accade nella natura vivente: il numero di cromosomi in ciascuna specie rimane costante durante la riproduzione sessuale. Ciò è dovuto al fatto che le cellule sessuali si formano attraverso una divisione speciale. Grazie a ciò, non due (2n), ma solo una coppia di cromosomi (In), cioè la metà di ciò che era nella cellula prima della sua divisione, entrano nel nucleo di ciascuna cellula germinale. Cellule con un singolo set di cromosomi, ad es.

Il processo di divisione delle cellule germinali, a seguito del quale nel nucleo è presente la metà dei cromosomi, è chiamato meiosi (meiosi greca - "riduzione").

Durante la formazione delle cellule germinali sia maschili che femminili si verifica un dimezzamento del numero di cromosomi nel nucleo (la cosiddetta riduzione). Durante la fecondazione, nel nucleo dello zigote si crea nuovamente un doppio corredo di cromosomi (2n) mediante la fusione delle cellule germinali.

Va notato che in molti eucarioti (microrganismi, piante inferiori e maschi di alcune specie di artropodi), le cellule somatiche (greco soma - "corpo") (tutte le cellule del corpo, escluse le cellule sessuali) hanno un insieme aploide di cromosomi. In molte piante da fiore, le cellule sono poliploidi, cioè contengono molti set di cromosomi. Ma nella maggior parte degli animali, nell’uomo e nelle piante superiori, solo le cellule germinali sono aploidi. In tutte le altre cellule del corpo di questi organismi, il nucleo contiene un diploide (2n) - doppio set di cromosomi.

La meiosi è di grande importanza nel mondo vivente. Durante il processo di meiosi (a differenza della mitosi), si formano cellule figlie che contengono la metà dei cromosomi delle cellule madri, ma grazie all'interazione dei cromosomi del padre e della madre hanno sempre nuove e uniche combinazioni di cromosomi. Queste combinazioni nella prole si esprimono in nuove combinazioni di caratteristiche. L'emergere di molte combinazioni di cromosomi aumenta la capacità di una specie di sviluppare adattamenti alle mutevoli condizioni ambientali, il che è molto importante per l'evoluzione.

Con l'aiuto della meiosi si formano cellule germinali con un corredo di cromosomi più piccolo e con proprietà genetiche qualitativamente diverse rispetto a quelle delle cellule madri.

La meiosi, o divisione di riduzione, è una combinazione di due fasi uniche della divisione cellulare che si susseguono senza interruzione. Si chiamano meiosi I (prima divisione) e meiosi II (seconda divisione). Ogni fase ha diverse fasi.

I nomi delle fasi sono gli stessi delle fasi della mitosi. Le interfasi si osservano prima delle divisioni.

Ma la duplicazione del DNA nella mitosi avviene solo prima della prima divisione. L'avanzamento della meiosi è mostrato nella Figura 23.

Nella prima interfase (che precede la prima divisione della meiosi), si verifica un aumento delle dimensioni delle cellule, il raddoppio degli organelli e il raddoppio del DNA nei cromosomi.

La prima divisione (meiosi I) inizia con la profase /, durante la quale i cromosomi duplicati (aventi due cromatidi) sono chiaramente visibili al microscopio ottico. In questa fase, cromosomi identici (omologhi), ma provenienti dai nuclei dei gameti paterni e materni, si avvicinano tra loro e “si uniscono” per tutta la loro lunghezza formando coppie. I centromeri (restrizioni) dei cromosomi omologhi si trovano nelle vicinanze e si comportano come una singola unità, tenendo insieme i quattro cromatidi. Tali cromosomi doppi omologhi interconnessi sono chiamati coppia o bivalente (dal latino bi - "doppio" e valens - "forte").

I cromosomi omologhi che compongono il bivalente sono strettamente collegati tra loro in determinati punti. In questo caso, può verificarsi uno scambio di sezioni di filamenti di DNA, a seguito del quale si formano nuove combinazioni di geni nei cromosomi. Questo processo è chiamato crossover (inglese: cmssingover - "croce"). Il crossover può portare alla ricombinazione di sezioni grandi o piccole di cromosomi omologhi con diversi geni o parti di un gene nelle molecole di DNA (Fig. 24).

Grazie al crossover, le cellule germinali contengono cromosomi con proprietà ereditarie diverse rispetto ai cromosomi dei gameti genitori.

Il fenomeno del crossover ha un significato biologico fondamentale, poiché aumenta la diversità genetica nella prole.

La complessità dei processi che si verificano nella profase I (nei cromosomi, nel nucleo) determina la durata più lunga di questa fase della meiosi.

Nella metafase I i bivalenti si trovano nella parte equatoriale della cellula. Quindi, nell'anafase I, i cromosomi omologhi divergono verso i poli opposti della cellula. La telofase / completa la prima divisione della meiosi, a seguito della quale si formano due cellule figlie, sebbene ciascun cromosoma in esse rimanga ancora raddoppiato (cioè costituito da due cromatidi fratelli).

La telofase I è seguita dalla seconda interfase. Ci vuole un tempo molto breve, poiché in esso non avviene la sintesi del DNA.

La seconda divisione (meiosi II) inizia con la profase II.

Le due cellule figlie che sorgono nella telofase I iniziano la divisione, simile alla mitosi: i nucleoli e le membrane nucleari vengono distrutti, appaiono i fili del fuso, con un'estremità attaccata al centromero. Nella metafase i cromosomi si allineano lungo l’equatore del fuso. Nell'anafase II i centromeri si dividono e i cromatidi cromosomici di entrambe le cellule figlie si spostano verso i loro poli.

Di conseguenza, da ciascun cromosoma duplicato si ottengono due cromosomi separati, che vanno ai poli opposti della cellula. Ad entrambi i poli si forma un nucleo da gruppi di cromosomi qui riuniti. In esso, ogni coppia di cromosomi omologhi è rappresentata da un solo cromosoma.

Nella telofase II, la membrana nucleare si forma nuovamente attorno al nucleo, che ora contiene un singolo insieme (aploide) di cromosomi, e il contenuto cellulare si divide. Il processo di riduzione della formazione delle cellule germinali termina con la creazione di quattro cellule aploidi: i gameti.

Come risultato della meiosi, una cellula produce quattro cellule con un set di cromosomi aploidi.

Il processo di formazione delle cellule germinali maschili (spermatozoi) è chiamato spermatogenesi (dal greco spermatos - "seme" e genesi - "emergenza", "origine"). Il processo di sviluppo delle cellule germinali femminili (uova) è chiamato ovogenesi o oogenesi (dal greco oop - "uovo" e genesi - "emergenza", "origine"). 1. Perché le proprietà degli organismi figli si sviluppano da uno zigote non identici ai loro genitori?

2*. Qual è il significato biologico della meiosi?

3. Sostituisci le parole evidenziate con un termine.

La divisione cellulare, a seguito della quale nel nucleo ci sono la metà dei cromosomi, porta alla formazione di cellule germinali.

4. Completa la dichiarazione scegliendo il termine corretto:

I cromosomi identici di padre e madre sono chiamati:

a) aploide;

c) diploide;

b) omologo;

d) singolo.

§ 16 Sviluppo individuale degli organismi - ontogenesi Un organismo subisce trasformazioni significative durante il periodo della sua vita:

cresce e si sviluppa.

L'insieme delle trasformazioni che avvengono nel corpo dalla sua nascita alla morte naturale è chiamato sviluppo individuale o ontogenesi (dal greco ontos - "esistente" e genesi - "emergenza", "origine"). Negli organismi unicellulari, la vita rientra in un ciclo cellulare e tutte le trasformazioni avvengono tra due divisioni cellulari. Negli organismi multicellulari questo processo è molto più complesso.

Nella riproduzione asessuata, compresa la riproduzione vegetativa, l'ontogenesi inizia dal momento della divisione della cellula iniziale (cioè che dà origine) all'organismo materno. Un organismo nelle prime fasi di sviluppo è chiamato rudimento.

Gli organismi unicellulari, come tutte le cellule, nascono attraverso la divisione cellulare. In una cellula appena formata, non sempre si formano strutture intracellulari che forniscono le sue funzioni specifiche e i processi vitali. È necessario un certo tempo affinché tutti gli organelli si formino e tutti gli enzimi necessari vengano sintetizzati. Questo primo periodo della vita di una cellula (e di un organismo unicellulare) nel ciclo cellulare è chiamato maturazione. Segue un periodo di vita cellulare matura, che termina con la sua divisione.

Nello sviluppo individuale di un organismo multicellulare si distinguono diverse fasi, spesso chiamate periodi di età. Esistono quattro periodi di età: germinale (embrionale), giovinezza, maturità e vecchiaia.

Negli animali si distinguono spesso solo due periodi: embrionale e postembrionale. Il periodo embrionale è lo sviluppo dell'embrione (embrione) prima della sua nascita. Il postembrionale è il periodo di sviluppo di un organismo dalla sua nascita o uscita dall'uovo o dalle membrane embrionali fino alla morte.

Il periodo embrionale dell'ontogenesi (sviluppo embrionale), che avviene nell'utero nel corpo materno e termina con la nascita, è presente nella maggior parte dei mammiferi, compreso l'uomo. Negli organismi ovipari e in quelli che depongono le uova, lo sviluppo embrionale avviene al di fuori del corpo materno e termina con il rilascio delle membrane delle uova (nei pesci, anfibi, rettili, uccelli, così come in molti animali invertebrati - echinodermi, molluschi, vermi, ecc.) .).

Nella stragrande maggioranza degli organismi animali, il processo di sviluppo embrionale avviene in modo simile. Ciò conferma la loro origine comune.

Negli esseri umani, durante lo sviluppo embrionale, il cervello e il midollo spinale iniziano a separarsi per primi. Ciò avviene durante la terza settimana dopo il concepimento. In questa fase, l'embrione umano è lungo solo 2 mm.

Fin dai primi giorni di sviluppo embrionale, l'embrione è molto sensibile agli influssi dannosi, soprattutto chimici (medicinali, veleni, alcol, droghe) e infettivi. Ad esempio, se una donna contrae la rosolia tra la 4a e la 1a 2a settimana di gravidanza, ciò può causare un aborto spontaneo o interrompere la formazione del cuore, del cervello, degli organi della vista e dell'udito del feto, cioè degli organi il cui sviluppo avviene in questo periodo.

Dopo la nascita o l'uscita dall'uovo, inizia lo sviluppo postembrionale dell'organismo. Per alcuni organismi, questo periodo di vita dura diversi giorni, per altri - diverse decine o centinaia di anni, a seconda della specie.

Un leone muore di vecchiaia a circa 50 anni, un coccodrillo può vivere fino a 100 anni, una quercia può vivere fino a 2000 anni, una sequoia può vivere oltre 3000 anni e un avena può vivere fino a 4 -6 mesi. Alcuni insetti vivono per diversi giorni.

Una persona muore di vecchiaia tra i 75 e i 100 anni, anche se alcune persone vivono più di 100 anni.

Lo sviluppo postembrionale è costituito da tre periodi di età:

gioventù, maturità e vecchiaia. Ciascuno di questi periodi è caratterizzato da alcune trasformazioni nella struttura e nei processi vitali dell'organismo, dovuti alla sua eredità e all'influenza delle condizioni esterne.

Nel processo di sviluppo postembrionale, il corpo subisce cambiamenti quantitativi e qualitativi.

L'ontogenesi è lo sviluppo di un individuo (individuo), determinato dall'ereditarietà e dall'influenza delle condizioni ambientali.

L’ontogenesi è senza dubbio uno dei fenomeni biologici più sorprendenti.

Apparso sotto forma di un minuscolo embrione o rudimento, l'organismo attraversa una serie di complesse fasi di sviluppo, durante le quali si formano gradualmente tutti gli organi e i meccanismi che assicurano l'attività vitale. Raggiunta la maturità sessuale, l'organismo realizza la funzione più importante dei viventi: produce prole, che garantisce la durata e la continuità dell'esistenza della sua specie.

L'esistenza di qualsiasi organismo è un processo complesso e continuo di sviluppo embrionale e post-embrionale in determinate condizioni ambientali e per un periodo di tempo caratteristico di ciascuna specie.

1. Descrivere il periodo di sviluppo embrionale dell'organismo.

Sostituire le seguenti definizioni con i termini: organismo all'inizio 2.

fasi di sviluppo;

sviluppo individuale di un organismo pluricellulare.

3*. Spiega perché l'influenza di influenze esterne pericolose (radiazioni, fumo) risulta essere più distruttiva nella fase embrionale dell'ontogenesi che nella fase postembrionale.

La divisione cellulare indiretta (mitosi) durante il passaggio di una serie di fasi (profase, metafase, anafase, telofase) garantisce il trasferimento alle cellule figlie delle stesse informazioni ereditarie contenute nei cromosomi del nucleo genitore. Nell'interfase la cellula si prepara alla divisione.

Il tipo più antico di riproduzione è la riproduzione asessuata. Garantisce la stabilità delle informazioni genetiche, la conservazione delle proprietà delle specie, un aumento più rapido del numero e il reinsediamento in nuovi territori.

La riproduzione sessuale è nata nel processo di evoluzione più tardi della riproduzione asessuata.

Attraverso la meiosi, il crossover e la fecondazione, la riproduzione sessuale fornisce una variabilità genetica che consente agli organismi di acquisire nuovi caratteri e proprietà, e quindi di adattarsi meglio alle mutevoli condizioni ambientali.

Durante il processo di meiosi, si verifica la divisione ridotta delle cellule germinali e la formazione di un insieme di cromosomi aploidi (In) nel nucleo dei gameti. Quando le cellule vengono fecondate, le cellule germinali maschili e femminili con un corredo cromosomico aploide si fondono e si forma uno zigote con un corredo cromosomico diploide (2n) nel nucleo.

Lo zigote dà origine allo sviluppo di un nuovo organismo. Il corso della vita di un organismo dalla nascita alla morte è chiamato sviluppo individuale (ontogenesi). Negli organismi multicellulari, l'ontogenesi consiste nei periodi embrionale e postembrionale.

Lo sviluppo individuale di tutti gli organismi viene effettuato in conformità con le proprietà ereditarie inerenti alla specie e in base alle condizioni ambientali.

Mettiti alla prova 1. Spiega il ruolo biologico dei gameti riproduttivi femminili e maschili.

2. Spiegare le principali differenze tra mitosi e meiosi.

3. Qual è la dipendenza dello sviluppo individuale dell'organismo dalle condizioni ambientali nei periodi embrionale e postembrionale?

4. Quali fasi si osservano nel ciclo cellulare degli organismi unicellulari? Spiegare il significato dell'interfase nella vita di una cellula.

1. Descrivere i concetti di “crescita dell’organismo” e “sviluppo dell’organismo”.

Problemi da discutere 1. Descrivere il ruolo biologico dei diversi tipi di riproduzione se osservati in organismi della stessa specie. Dare esempi.

2. Rivelare il meccanismo per garantire la continuità della vita.

3. È corretto affermare che lo sviluppo di un organismo avviene nel periodo embrionale e nel periodo postembrionale si verifica solo un aumento delle dimensioni corporee, cioè la crescita dell'organismo? Sostieni le tue opinioni con esempi specifici.

Concetti fondamentali Riproduzione asessuata. Riproduzione sessuale. Gamete. Zigote. Pesce gatto zoppo. Mitosi. Meiosi. Attraversando. Ciclo cellulare. Cellula diploide.

Cellula aploide. Ontogenesi.

Capitolo Nozioni di base sulla dottrina dell'ereditarietà e della variabilità Dopo aver studiato il capitolo, sarai in grado di:

Spiegare i concetti base della genetica;

Descrivere il meccanismo di determinazione del sesso e i tipi di ereditarietà dei tratti;

Caratterizzare il ruolo dell'ereditarietà e della variabilità degli organismi nella natura vivente.

§ 17 Dalla storia dello sviluppo della genetica La genetica (genesi greca - "origine") è il nome della scienza che studia l'ereditarietà e la variabilità degli organismi, nonché i meccanismi per il controllo di questi processi. Ha una lunga storia.

Anche nei tempi antichi, le persone sapevano che le piante, gli animali e persino gli esseri umani ereditano alcune caratteristiche dai loro genitori, poiché era impossibile non vedere le somiglianze tra la prole e i genitori. Inoltre, alcune caratteristiche “ancestrali” sono state tramandate immutate di generazione in generazione. Facendo affidamento su questa capacità delle piante e degli animali di ereditare determinate qualità, iniziarono a selezionare i semi delle piante da seminare dagli individui più produttivi e cercarono di preservare gli animali giovani che possedevano le proprietà di cui le persone avevano bisogno: quelli che davano più latte o lana, che si comportavano bene. bozza di lavoro migliore, ecc.

Antichi manoscritti cinesi mostrano, ad esempio, che 6.000 anni fa furono create diverse varietà di riso attraverso l'incrocio e la selezione. I reperti archeologici confermano che gli egiziani coltivavano varietà di grano ad alto rendimento. Tra i monumenti scritti babilonesi in Mesopotamia è stata rinvenuta una tavoletta di pietra risalente al VI millennio a.C. e., che registra dati sull'eredità della forma della testa e della criniera in cinque generazioni di cavalli (Fig. 25).

Tuttavia, solo nel XIX e all'inizio del XX secolo, quando fu accumulata la conoscenza sulla vita cellulare, gli scienziati iniziarono a studiare il fenomeno dell'ereditarietà. Il primo lavoro scientifico sullo studio dell'ereditarietà è stato svolto dallo scienziato e monaco ceco G. Mendel. Nel 1865, nell'articolo "Esperimenti sugli ibridi vegetali", formulò le leggi sull'ereditarietà dei tratti che gettarono le basi per la scienza della genetica. Mendel dimostrò che i tratti ereditari (inclinazioni) non sono “fusi”, come si pensava in precedenza, ma si trasmettono dai genitori ai discendenti sotto forma di unità discrete (isolate, separate), che chiamò fattori. Queste unità, presentate in coppia negli individui, non si fondono insieme, ma rimangono distinte e vengono trasmesse ai discendenti nelle cellule riproduttive maschili e femminili, un'unità per ciascuna coppia.

Nel 1909, le unità ereditarie furono nominate dallo scienziato danese V.

Geni Johannsen (genos greco - "genere"). All'inizio del 20 ° secolo. L'embriologo e genetista americano T. Morgan ha stabilito sperimentalmente che i geni si trovano sui cromosomi e si trovano lì in modo lineare. Da allora il concetto di gene è stato centrale nella genetica.

Un ruolo di primo piano nello sviluppo della genetica nella prima metà del XX secolo. interpretato dai nostri scienziati nazionali.

COME. Serebrovsky, studiando la genetica degli animali, mostrò la complessa struttura del gene e introdusse nella scienza il termine "pool genetico". La dottrina dell'ereditarietà e della variabilità fu arricchita dalle opere di N.I. Vavilov, che nel 1920 formulò la legge delle serie omologhe dell'ereditarietà e della variabilità, che assicurava una stretta connessione tra genetica e insegnamento evoluzionistico. Yu.A. Filipchenko ha condotto numerosi esperimenti sull'analisi genetica delle piante, sviluppato metodi per studiare la variabilità e l'ereditarietà. G.D. ha anche dato un contributo significativo allo sviluppo della genetica.

Karpechenko, N.K. Koltsov, S.S. Chetverikov e altri ricercatori.

Negli anni '40 Furono gettate le basi biochimiche della genetica. Gli scienziati hanno dimostrato il ruolo delle molecole di acido nucleico nella trasmissione delle informazioni ereditarie, che ha portato alla nascita della genetica molecolare. La decodifica della struttura della molecola del DNA, pubblicata nel 1953, mostrò la stretta connessione di questo composto chimico con le informazioni ereditarie nei geni.

I progressi nel campo della genetica molecolare hanno portato alla creazione di una nuova branca della scienza biologica: l'ingegneria genetica, che consente, manipolando singoli geni, di ottenere in vitro nuove combinazioni di geni su un cromosoma che prima non esistevano. L'ingegneria genetica si è diffusa ampiamente nella pratica agricola e nella biotecnologia.

Lo sviluppo della genetica basata su principi molecolari nella considerazione delle qualità ereditarie è diventato possibile grazie alla creazione di alte tecnologie nel campo della ricerca scientifica, apparse solo a metà del XX secolo.

La genetica è la base teorica della selezione (latino selectio - "scelta", "selezione") di piante, animali e microrganismi, cioè la creazione di organismi con le proprietà desiderate dall'uomo. Sulla base di modelli genetici, gli allevatori creano varietà migliorate di piante e razze di animali domestici. Utilizzando metodi di ingegneria genetica, vengono sviluppati nuovi ceppi (colture pure) di microrganismi (batteri, funghi) che sintetizzano sostanze per il trattamento delle malattie.

La ricerca condotta dagli scienziati genetici ha portato alla comprensione del fatto che, oltre alle malattie infettive, esistono molte diverse malattie ereditarie. La diagnosi precoce di queste malattie consente di intervenire tempestivamente nel decorso della malattia e di prevenirne o rallentarne lo sviluppo.

Il deterioramento ecologico e i cambiamenti ambientali negativi hanno causato molti disturbi nella sfera genetica degli organismi viventi, aumentando la probabilità di malattie ereditarie negli esseri umani.

Per risolvere molti problemi associati a questa tendenza allarmante e garantire la sicurezza genetica umana, erano necessarie ricerche mirate e gli sforzi congiunti di scienziati - ecologisti e genetisti. È così che è nata una nuova importante direzione nella scienza: la genetica ambientale, che ha garantito lo sviluppo dei servizi di sicurezza genetica. Quest'ultimo studia l'attività genetica dei fattori ambientali chimici e fisici che influenzano l'uomo e la natura nel suo insieme. Gli ecologisti hanno dimostrato che per lo sviluppo sostenibile della vita sulla Terra è necessario preservare la diversità biologica delle specie e degli ecosistemi naturali. Questo compito di vitale importanza per l'umanità ha portato allo sviluppo attivo di una direzione nella scienza biologica come la genetica delle popolazioni.

La conoscenza della genetica è richiesta in botanica, zoologia, microbiologia, ecologia, studio dell'evoluzione, antropologia, fisiologia, etologia e altre aree della biologia. I dati della ricerca genetica vengono utilizzati in biochimica, medicina, biotecnologia, conservazione della natura e agricoltura. Possiamo dire che le scoperte e i metodi della genetica trovano applicazione in tutti gli ambiti dell'attività umana legati agli organismi viventi. Le leggi della genetica sono di grande importanza per spiegare tutti i processi della vita sulla Terra.

Il ruolo scientifico e pratico della genetica è determinato dall'importanza dell'oggetto del suo studio: ereditarietà e variabilità, cioè proprietà inerenti a tutti gli esseri viventi.

1. Cosa studia la scienza della genetica, quando e perché è diventata così chiamata?

2. Perché G. Mendel è considerato il “padre della genetica”?

3. Sostituisci le parole evidenziate con un termine.

I dati della scienza che studia l'ereditarietà e la variabilità degli organismi hanno ora trovato ampia applicazione in tutti i settori della biologia.

Le unità che assicurano la trasmissione delle proprietà ereditarie sono presenti in tutti gli organismi senza eccezioni.

4*. Descrivere il ruolo della conoscenza sugli acidi nucleici per lo sviluppo della genetica.

§ 18 Concetti di base della genetica La genetica studia due proprietà fondamentali degli organismi viventi: l'ereditarietà e la variabilità.

L'ereditarietà è la capacità degli organismi di trasmettere le proprie caratteristiche e caratteristiche di sviluppo alla prole. Grazie a questa capacità tutti gli esseri viventi (piante, animali, funghi o batteri) conservano nei loro discendenti i tratti caratteristici della specie. Questa continuità delle proprietà ereditarie è assicurata dal trasferimento delle loro informazioni genetiche. I portatori di informazioni ereditarie negli organismi sono i geni.

Un gene è un'unità di informazione ereditaria che si manifesta come una caratteristica di un organismo.

Nell'argomento "Biosintesi delle proteine ​​in una cellula vivente" (§ 10) si è notato che un gene funge da base per la costruzione di molecole proteiche, ma in genetica un gene agisce come portatore di una caratteristica in un organismo. Questa “dualità” del gene diventa comprensibile se ricordiamo che la funzione più importante della proteina nella cellula è enzimatica, cioè il controllo delle reazioni chimiche che portano alla formazione di tutte le caratteristiche dell'organismo. Questo “doppio” ruolo del gene può essere espresso dallo schema: gene - proteina - enzima - reazione chimica - caratteristica dell'organismo.

Un gene è una sezione di una molecola di DNA (e in alcuni virus, di RNA) con un insieme specifico di nucleotidi. La sequenza nucleotidica contiene informazioni genetiche sullo sviluppo delle caratteristiche dell'organismo. Negli organismi superiori, i geni si trovano nel DNA dei cromosomi (questi sono i cosiddetti geni nucleari) e nel DNA contenuto negli organelli del citoplasma - mitocondri e cloroplasti (questi sono geni citoplasmatici).

In tutti gli organismi della stessa specie, ciascun gene si trova in un luogo specifico rispetto agli altri geni. La posizione di un gene su un tratto di DNA è chiamata locus. In diversi individui della stessa specie, ciascun gene ha diverse forme: alleli. Gli alleli contengono informazioni su una particolare variante dello sviluppo di un tratto controllato da questo gene (ad esempio, il colore degli occhi). Le cellule di un organismo diploide contengono solitamente due alleli di ciascun gene, uno ricevuto dalla madre, l'altro dal padre. Qualsiasi cambiamento nella struttura di un gene porta alla comparsa di nuovi alleli di questo gene e ad un cambiamento nel tratto che controlla.

Gli organismi che portano alleli diversi (alternativi) dello stesso gene sugli stessi cromosomi (omologhi) sono chiamati eterozigoti, mentre gli organismi con gli stessi alleli su cromosomi omologhi sono chiamati omozigoti.

L'eterozigosi di solito garantisce una maggiore vitalità degli organismi, la loro buona adattabilità alle mutevoli condizioni ambientali ed è quindi ampiamente rappresentata nelle popolazioni naturali di varie specie.

Un gene è una sezione di una molecola di DNA che determina la possibilità di sviluppare un particolare tratto. Tuttavia, lo sviluppo di questo tratto stesso dipende in gran parte dalle condizioni esterne.

L’insieme di tutti i geni (alleli) di un individuo è chiamato genotipo.

Il genotipo agisce come un unico sistema interagente di tutti gli elementi genetici che controllano la manifestazione di tutti i segni dell'organismo (sviluppo, struttura, attività vitale).

L’insieme di tutte le caratteristiche di un organismo è chiamato fenotipo. Il fenotipo si forma nel processo di interazione tra il genotipo e l'ambiente esterno. Non tutte le capacità genotipiche dell'organismo si realizzano nel fenotipo. Pertanto, un fenotipo è anche chiamato un caso speciale della manifestazione di un genotipo in condizioni specifiche. Non esiste praticamente una corrispondenza completa tra genotipo e fenotipo. Non sempre un cambiamento nel genotipo è accompagnato da un cambiamento nel fenotipo e viceversa.

All'interno di una specie, tutti gli individui sono abbastanza simili tra loro. Ma in condizioni diverse, individui anche con lo stesso genotipo possono differire l'uno dall'altro nella natura e nella forza della manifestazione delle loro caratteristiche (cioè nel fenotipo). A questo proposito, in genetica viene utilizzato il concetto di norma di reazione, che denota la gamma (limiti) delle manifestazioni fenotipiche di un tratto in un individuo sotto l'influenza dell'ambiente esterno senza modificare il genotipo.

Il genotipo determina i limiti (intervallo) della norma di reazione dell'organismo, cioè le sue capacità genetiche, e il fenotipo realizza queste capacità nei tratti.

Ogni organismo vive e si sviluppa in determinate condizioni ambientali, sperimentando l'azione di fattori esterni. Questi fattori (temperatura, luce, presenza di altri organismi, ecc.) possono manifestarsi nel fenotipo, cioè possono cambiare le dimensioni o le proprietà fisiologiche dell'organismo.

Pertanto, la manifestazione dei sintomi anche in organismi strettamente correlati può essere diversa. Queste differenze tra gli individui all’interno di una specie sono chiamate variabilità.

La variabilità è la proprietà degli organismi viventi di esistere in varie forme, fornendo loro la capacità di sopravvivere in condizioni ambientali mutevoli.

La variazione può essere causata da fattori ambientali che non comportano cambiamenti nel genotipo. La variabilità associata ai cambiamenti nel genotipo è accompagnata dalla comparsa di nuove caratteristiche e qualità ereditate dall'organismo. Ciò è particolarmente spesso osservato negli individui risultanti dall'incrocio.

La variabilità è una proprietà degli organismi che è l'opposto dell'ereditarietà.

Ma sia l’ereditarietà che la variabilità sono indissolubilmente legate. Assicurano la continuità delle proprietà ereditarie e la capacità di adattarsi alle mutevoli nuove condizioni ambientali, determinando il progressivo sviluppo della vita.

Ereditarietà e variabilità sono inerenti a tutti gli organismi. La genetica, studiando i modelli di ereditarietà e variabilità, identifica metodi per controllare questi processi.

1. Cos'è un allele? Quali geni sono detti allelici?

2. Confrontare il ruolo dell'ereditarietà e della variabilità nella vita degli organismi.

3*. Elimina le parole nelle frasi che distorcono la correttezza delle affermazioni.

Il gene, come fattore ereditario e unità discreta di informazione genetica, è localizzato nei cromosomi degli organelli.

Un genotipo è un sistema unificato di tutti i cromosomi e gli elementi genetici di una determinata cellula o organismo.

I limiti della norma di reazione sono determinati dal genotipo e dal fenotipo.

Un fenotipo è una raccolta di tratti e geni di un organismo.

§19 Gli esperimenti genetici di Mendel L'uomo ha sempre cercato di capire i modelli di ereditarietà dei tratti.

Allevatori di talento, sulla base di molti anni di pratica, hanno ottenuto esattamente le proprietà che volevano vedere in una nuova varietà vegetale (ad esempio, melo, rosa) o razza animale (colore del cavallo, forma del corpo di un cane, colomba, lunghezza del la coda di un gallo, ecc.). Tuttavia, per molto tempo nessuno è stato in grado di spiegare come l'informazione genetica venga trasmessa dai genitori alla prole. Solo a metà del XIX secolo. nella città ceca di Brno, il monaco G. Mendel, grazie ad esperimenti genetici, ha risposto a questa domanda.

Mendel rifletté attentamente sulle condizioni per condurre esperimenti genetici e scelse un oggetto di studio di grande successo: il pisello.

Mendel era appassionato di matematica e conosceva bene la teoria della probabilità, quindi capì che affinché l'affidabilità dei risultati fosse affidabile, era necessaria una grande quantità di materiale di ricerca e i piselli producono molti semi. Inoltre, i piselli sono piante autoimpollinanti e hanno un fiore chiuso, che impedisce l'ingresso accidentale di polline estraneo al suo interno. Ciò significa che le varietà di piselli combinano individui con proprietà ereditarie omogenee ottenute attraverso il processo di autoimpollinazione. La prole di un individuo autoimpollinante, ottenuta attraverso la selezione e la successiva autoimpollinazione, è chiamata linea pura. Se, utilizzando una pinzetta, si trasferisce il polline da un fiore di una varietà allo stigma di un fiore di un'altra varietà, è possibile utilizzare l'impollinazione incrociata per ottenere una pianta con la combinazione di proprietà desiderate dal ricercatore. In questo caso si verificherà l'incrocio: la combinazione del materiale genetico di due cellule in una cellula come risultato del processo sessuale. Un organismo con nuove proprietà ereditarie che si è sviluppato da una tale cellula è chiamato ibrido (latino hibrida - "incrocio"). Incrociando in questo modo piante di due varietà con caratteristiche contrastanti diverse (Fig. 26), Mendel fece un resoconto accurato dell'eredità di queste caratteristiche nel corso di una serie di generazioni.

Come risultato di molti anni di esperimenti preliminari, selezionò linee pure da molte varietà di piselli che differivano per una serie di caratteristiche contrastanti.

Mendel scelse sette di questi personaggi che hanno manifestazioni contrastanti nella prole: 1) colore dei fiori (viola e bianco);

2) colore del seme (giallo e verde);

3) colore dei chicchi (verde e giallo);

4) superficie del seme (liscia e rugosa);

5) forma dei chicchi (semplici e segmentati);

6) lunghezza dello stelo (lungo e corto);

7) posizione dei fiori sullo stelo (ascellare e apicale).

Innanzitutto, ha studiato l'ereditarietà di una coppia di varianti contrastanti di un solo tratto.

L'incrocio in cui i genitori differiscono per un tratto fu chiamato monoibrido da Mendel. Dopo aver studiato la manifestazione di un tratto distinto, le cui differenze vengono ereditate alternativamente, passò allo studio della trasmissione di due tratti (incrocio diibrido), e poi di tre tratti (incrocio triibrido). Verificando le sue conclusioni attraverso numerosi esperimenti e contabilità quantitativa di tutti i tipi di ibridi ottenuti, e quindi analizzando attentamente i risultati ottenuti, il ricercatore ha identificato modelli di ereditarietà dei tratti.

La prima legge di Mendel. Innanzitutto, sono stati condotti esperimenti incrociando piselli con fiori viola e bianchi. Mendel impollinava i fiori viola con il polline dei fiori bianchi e viceversa. Con questo incrocio di due varietà geneticamente diverse, si ottenne una progenie mista: ibridi di prima generazione.

Mendel scoprì che incrociando varietà di piselli con fiori viola e bianchi, tutte le piante della prima generazione risultarono uguali (uniformi) - con fiori viola (Fig. 27).

Mendel fece la brillante ipotesi che ogni tratto ereditario sia trasmesso da un proprio fattore (in seguito chiamato gene). Nelle linee di piselli puri, ogni genitore ha un gene che porta un tratto: un fiore bianco o viola. Gli ibridi contengono contemporaneamente le caratteristiche di entrambi i genitori, ma solo uno di essi, quello “più forte”, appare esteriormente. Chiamò un tratto così "forte" dominante (latino dominantis - "dominante") e un tratto "debole" - recessivo (latino recessus - "rimozione"). Nel caso dei fiori di pisello viola e bianchi, il tratto dominante era il colore viola dei fiori e il tratto recessivo era il colore bianco.

Per designare le caratteristiche, Mendel introdusse il simbolismo alfabetico, utilizzato ancora oggi. Ha designato i geni dominanti in lettere maiuscole e i geni recessivi nelle stesse lettere minuscole dell'alfabeto latino. Pertanto, ha designato il colore viola di un fiore di pisello (un tratto dominante) come A, e il colore bianco di un fiore (un tratto recessivo) come a. Ha designato i genitori come P, gli incroci come "x" e gli ibridi di prima generazione come F.

Consideriamo il genotipo dei genitori in questo esperimento. Le varietà pure sono caratterizzate dall'omogeneità dei geni accoppiati (allelici), cioè gli individui parentali (P) contenevano le caratteristiche (geni allelici) di un solo tipo: recessivo (aa) o dominante (AA). Tali individui sono chiamati omozigoti (dal greco homos - "stesso" e "zigote"), e gli individui con diverse inclinazioni ereditarie (Aa) sono chiamati eterozigoti (dal greco heteros - "diverso" e "zigote").

Nelle piante con fiori bianchi, entrambi i geni allelici sono recessivi, cioè omozigoti per il tratto recessivo (aa). Durante l'autoimpollinazione, tale prole in tutte le generazioni successive avrà esclusivamente fiori bianchi. Le piante parentali con fiori viola portano gli stessi geni allelici: sono omozigoti per il tratto dominante (AA) e la loro progenie sarà sempre viola. Quando si incrociano, gli ibridi di prima generazione ricevono un gene per ciascun allele da entrambi i genitori. Ma in tali ibridi appare solo il tratto dominante (fiori viola) e il tratto recessivo (fiori bianchi) è mascherato. Pertanto, tutti gli ibridi di prima generazione hanno lo stesso aspetto: viola.

Lo stesso schema è stato osservato negli esperimenti su altri tratti: in tutti gli ibridi della prima generazione appare solo un tratto dominante, e il secondo, recessivo, sembra scomparire. Mendel chiamò il modello identificato la regola della dominanza, che ora è chiamata legge di uniformità degli ibridi di prima generazione o prima legge di Mendel.

La prima legge di Mendel afferma: quando si incrociano genitori di linee pure che differiscono per un tratto contrastante, tutti gli ibridi della prima generazione saranno uniformi e mostreranno il tratto di uno solo dei genitori.

Un gene dominante in uno stato eterozigote non sempre maschera completamente un gene recessivo.

Ci sono casi in cui l'ibrido F è di natura intermedia, con dominanza incompleta.

Ad esempio, quando si incrocia una bellezza notturna con fiori rossi (AA) e bianchi (aa), il colore dei fiori (Aa) negli ibridi (F j) era intermedio: rosa (dominanza incompleta). Questo tipo intermedio di eredità dei caratteri è spesso osservato negli animali (Fig. 28).

Seconda legge di Mendel. Dopo aver ricevuto i semi di piselli ibridi della prima generazione, Mendel li seminò di nuovo, ma ora non effettuò l'impollinazione incrociata. Come risultato dell'autoimpollinazione, le piante hanno prodotto semi di seconda generazione (F2). Tra questi c'erano piante con fiori viola (la maggioranza) e fiori bianchi (circa un quarto delle piante).

Mendel scoprì che quando gli ibridi della prima generazione si autoimpollinano, i tratti dominanti e recessivi compaiono nella prole in varie combinazioni. Ciò è espresso nel genotipo come segue: un omozigote per un tratto dominante (AA), due eterozigoti (Aa) e un omozigote per un tratto recessivo (a a). Esternamente, cioè nel fenotipo, questo si manifesta così: tre individui con fiori viola e uno con fiori bianchi. Il fenomeno in cui, a seguito dell’incrocio di individui eterozigoti, la distribuzione dei tratti dominanti e recessivi nella prole avviene in un rapporto di 3:1, fu chiamato da Mendel segregazione. Ai nostri giorni, questo fenomeno è chiamato legge della scissione o seconda legge di Mendel.

La seconda legge di Mendel afferma: quando due ibridi di prima generazione vengono incrociati tra loro, tra i loro discendenti - ibridi di seconda generazione - si osserva una scissione: il numero di individui con un tratto dominante è correlato al numero di individui con un tratto recessivo come 3:1.

Secondo questa legge, gli ibridi della prima generazione producono la scissione: nella loro prole compaiono nuovamente individui con caratteristiche recessive, che costituiscono circa un quarto del numero totale dei discendenti.

La legge della scissione è comune a tutti gli organismi viventi.

Mendel spiegò la divisione dei caratteri nella prole durante l'incrocio di individui eterozigoti con il fatto che nelle loro cellule riproduttive (gameti) c'è solo un deposito (gene) di una coppia allelica, che si comporta come indipendente e integrale.

Mendel chiamò questo fenomeno la purezza dei gameti, sebbene non sapesse perché ciò accadesse. E questo è comprensibile: ai suoi tempi non si sapeva nulla né della mitosi né della meiosi. È stato ora stabilito che, grazie alla meiosi, nei gameti si forma un set aploide (singolo) di cromosomi spaiati e contengono geni dominanti o recessivi.

1. Spiegare l'essenza della prima legge di Mendel.

2. Formulare la seconda legge di Mendel.

3*. Qual è la differenza tra F;

da F2 in un incrocio monoibrido?

4*. Perché gli alleli vengono sempre in coppia?

§ 20 Attraversamento diibrido. La terza legge di Mendel Dopo aver stabilito la legge della segregazione usando l'esempio degli incroci monoibridi, Mendel iniziò a scoprire come si comportano le coppie di tratti genetici alternativi. Dopotutto, gli organismi differiscono l'uno dall'altro non per una, ma per molte caratteristiche.

Per stabilire il meccanismo di ereditarietà di due coppie di tratti alternativi, ha condotto una serie di esperimenti di incrocio diibrido. Per gli esperimenti, come pianta madre sono stati presi piselli con semi gialli lisci e come pianta padre piselli con semi verdi rugosi. Nella prima pianta entrambi i caratteri erano dominanti (AB), mentre nella seconda entrambi i caratteri erano recessivi (ab).

Come risultato dell'incrocio, secondo la legge della dominanza dei tratti, tutti i semi degli ibridi di prima generazione (F j) si sono rivelati lisci e gialli. L’anno successivo, questi semi si trasformarono in piante i cui fiori si autoimpollinarono. Nelle piante ottenute in questo modo (seconda generazione - F 2), si è verificata una scissione dei caratteri e, insieme a quelli genitoriali (semi gialli lisci e verdi rugosi), ne sono comparsi di completamente nuovi: semi gialli rugosi e verdi lisci.

Si è scoperto che gli eterozigoti per due coppie di geni allelici formano quattro tipi di gameti in quantità uguali (AB, Ab, aB, ab). In due di essi, i geni sono nella stessa combinazione dei genitori, e negli altri due - in nuove combinazioni o ricombinazioni. La relazione tra le forme genotipiche degli ibridi F2 (Fig. 29) può essere stabilita utilizzando la griglia di Punnett, dal nome di uno dei più importanti genetisti inglesi dell'inizio del XX secolo che propose questo metodo. Nella griglia sono scritti orizzontalmente e verticalmente i geni allelici dei gameti dei genitori e, combinandoli, si ottengono nelle finestre i genotipi dei discendenti.

L'identificazione di questi modelli è possibile solo con una grandissima quantità di materiale sperimentale, pertanto Mendel, studiando la suddivisione dei semi in base alla forma dei semi, esaminò 7324 piselli, in base al colore - piselli, e 556 in base a forma e colore .

Nell'incrocio diibrido in esame, i semi ibridi (556 pezzi) della seconda generazione (F2) si dividono nel seguente rapporto: 315 gialli lisci, 108 verdi lisci, 101 gialli rugosi e 32 verdi rugosi. Questa distribuzione dei piselli ha mostrato che 3/4 di essi sono gialli e 1/4 sono verdi. Dei semi gialli, 3/4 erano lisci e 1/4 rugosi. Quelli verdi avevano lo stesso rapporto: 3/4 lisci e 1/4 rugosi. In tutti i casi, i risultati hanno mostrato un rapporto di 3:1.

Esperimenti sull'incrocio diibrido hanno mostrato che la divisione di una coppia di caratteri (colore giallo e verde) non è affatto associata alla divisione dell'altra coppia (forma liscia e rugosa). Ciò significa che due paia di tratti vengono ridistribuiti indipendentemente l'uno dall'altro quando vengono trasmessi di generazione in generazione. Allo stesso tempo, i semi degli ibridi F2 erano caratterizzati non solo da combinazioni parentali di tratti, ma anche da ricombinazioni (nuove combinazioni).

Analizzando i risultati degli incroci diibridi, Mendel concluse:

la scissione in entrambe le coppie di caratteristiche contrastanti (alternative) avviene indipendentemente l'una dall'altra. Questo fenomeno riflette l'essenza della terza legge di Mendel: la legge dell'ereditarietà indipendente (combinazione) dei tratti.

La terza legge di Mendel afferma che ogni coppia di caratteri contrastanti (alternativi) viene ereditata indipendentemente l'uno dall'altro in una serie di generazioni;

di conseguenza, tra gli ibridi di seconda generazione, i discendenti con nuove combinazioni di tratti compaiono nel rapporto 9:3:3:1.

La legge dell'ereditarietà indipendente dei tratti conferma ancora una volta la discrezione di qualsiasi gene. Questa proprietà dei geni di essere portatori di un tratto ereditario si manifesta sia nella combinazione indipendente di alleli di geni diversi, sia nella loro azione indipendente - nell'espressione fenotipica. La distribuzione indipendente dei geni può essere spiegata dal comportamento dei cromosomi durante la meiosi. Durante la meiosi, le coppie di cromosomi omologhi, e con essi i geni accoppiati, vengono ridistribuiti e si disperdono nei gameti indipendentemente l'uno dall'altro.

Per verificare la correttezza delle sue conclusioni, Mendel effettuò esperimenti in cui verificò se gli alleli recessivi di un gene non fossero realmente scomparsi, ma fossero solo mascherati dagli alleli dominanti del gene. Mendel condusse uno studio di verifica in tutti i casi di incroci sia monoibridi che diibridi.

Supponiamo che gli individui con genotipi AA e Aa abbiano lo stesso fenotipo.

Quindi, quando incrociato con un individuo che è recessivo per questo carattere e ha il genotipo aa, si ottengono i seguenti risultati:

Nel primo caso, gli individui omozigoti per il gene dominante (AA) non danno la scissione F1, e nell'altro caso gli individui eterozigoti (Aa) se incrociati con un individuo omozigote danno la scissione già in F1.

Risultati simili sono stati ottenuti analizzando (testando) l'incrocio e per due coppie di alleli:

L'incrocio di un individuo di genotipo sconosciuto con un individuo omozigote per alleli recessivi è chiamato incrocio analizzante (Fig. 30). Questo incrocio viene effettuato per determinare il genotipo di un individuo. L'analisi non è solo di interesse teorico, ma è anche di grande importanza nel lavoro di allevamento.

1. Spiegare l'essenza della legge della scissione (seconda legge di Mendel).

2*. Perché il fenomeno dell'ereditarietà indipendente dei caratteri si riscontra solo negli ibridi di seconda generazione (F2)?

3. Nominare i genotipi e i fenotipi degli ibridi di prima generazione dell'incrocio diibrido (F j). Scrivili usando un reticolo di Punnett.

4*. Perché gli individui omozigoti per gli alleli dominanti non vengono utilizzati negli incroci test per identificare il genotipo?

Lavoro di laboratorio n. 3 (vedi Appendice p. § 21 Eredità collegata di geni e incrocio All'inizio del 20 ° secolo, quando i genetisti iniziarono a condurre molti esperimenti sull'incrocio su un'ampia varietà di oggetti (mais, pomodori, topi, Drosophila mosche, polli, ecc.), si è scoperto che i modelli stabiliti da Mendel non sempre compaiono. Ad esempio, non si osserva una dominanza in tutte le coppie di alleli. Si formano invece genotipi intermedi a cui partecipano entrambi gli alleli. Molte coppie di geni si trovano anche che non obbediscono alla legge dell'ereditarietà indipendente dei geni, soprattutto se una coppia di geni allelici si trova sullo stesso cromosoma, cioè i geni sono, per così dire, collegati tra loro.

Tali geni vennero chiamati collegati.

Il meccanismo di ereditarietà dei geni collegati, così come la posizione di alcuni geni collegati, è stato stabilito dal genetista ed embriologo americano T. Morgan. Egli dimostrò che la legge dell'ereditarietà indipendente formulata da Mendel è valida solo nei casi in cui geni portatori di caratteristiche indipendenti sono localizzati su cromosomi diversi non omologhi. Se i geni si trovano sullo stesso cromosoma, l'ereditarietà dei tratti avviene congiuntamente, cioè.

incastro. Questo fenomeno venne chiamato eredità concatenata, così come legge del collegamento o legge di Morgan.

La legge del collegamento afferma: i geni collegati situati sullo stesso cromosoma vengono ereditati insieme (collegati).

Esistono molti esempi noti di eredità concatenata di geni. Nel mais, ad esempio, il colore dei semi e la natura della loro superficie (liscia o rugosa), legati tra loro, vengono ereditati insieme. Nel pisello odoroso (Lathyrus odoratus), il colore del fiore e la forma del polline vengono ereditati in modo concatenato.

Tutti i geni su un cromosoma formano un unico complesso: un gruppo di collegamento.

Di solito finiscono nella stessa cellula sessuale - il gamete - e vengono ereditati insieme.

Pertanto, i geni inclusi nel gruppo di collegamento non obbediscono alla terza legge di Mendel sull'ereditarietà indipendente. Tuttavia, il collegamento genetico completo è raro. Se i geni si trovano vicini l'uno all'altro, la probabilità di incrocio cromosomico è bassa e possono rimanere sullo stesso cromosoma per lungo tempo e quindi verranno ereditati insieme. Se la distanza tra due geni su un cromosoma è grande, allora c'è un'alta probabilità che possano divergere su diversi cromosomi omologhi. In questo caso, i geni obbediscono alla legge dell'ereditarietà indipendente.

Pertanto, la terza legge di Mendel riflette un fenomeno frequente, ma non assoluto, nell'ereditarietà dei tratti.

La prova principale della trasmissione dell'ereditarietà è stata ottenuta negli esperimenti di Morgan e dei suoi colleghi.

Nei suoi esperimenti, Morgan preferiva il moscerino della frutta Drosophila melanogaster. E fino ad oggi è l'oggetto di ricerca preferito dai genetisti. La Drosophila può essere allevata molto facilmente e rapidamente in laboratorio e, soprattutto, è molto conveniente per l'analisi ibrida a causa di molte caratteristiche elementari facilmente prese in considerazione. Attualmente, il suo genotipo è stato decifrato e sono state create mappe dettagliate dei gruppi di collegamento genetico nei cromosomi (la Drosophila ha solo 4 paia di cromosomi). Molte disposizioni della teoria cromosomica dell'ereditarietà e delle proprietà genetiche sono state determinate da T. Morgan sulla base di esperimenti con la Drosophila. T. Morgan è considerato il creatore della teoria cromosomica dell'ereditarietà.

Attraversando. Morgan, mentre studiava l'ereditarietà dei tratti legati al sesso, scoprì la disposizione lineare dei geni su un cromosoma, formulò la dottrina del gene come portatore elementare di informazioni ereditarie e sviluppò un metodo per costruire mappe genetiche dei cromosomi. Stabilì anche il ruolo genetico della meiosi e scoprì il fenomeno del crossover. Il crossover è stato scoperto per la prima volta studiando l'ereditarietà concatenata di tratti causati da geni situati sullo stesso cromosoma. Durante gli esperimenti è apparso un piccolo numero di individui con tratti ricombinati.

In questo caso, uno dei geni precedentemente collegati è finito su un cromosoma e il secondo su un altro, omologo, poiché i cromosomi si sono sovrapposti e si sono scambiati le sezioni. Questo fenomeno è stato chiamato crossover (vedi Fig. 24).

Ricordiamo che il crossover avviene alla fine della profase I della meiosi. Durante il processo di meiosi, i cromosomi omologhi, prima di separarsi in nuclei diversi, si allineano gli uni contro gli altri, si coniugano (si collegano), si incrociano e si scambiano sezioni. Più i geni sono situati su un cromosoma, maggiore è la probabilità che vengano “recisi” durante l’incrocio. Quanto più vicini sono i loro posti sul cromosoma, tanto più forti sono legati. Come risultato della rottura e della connessione in un nuovo ordine di filamenti di DNA nei cromosomi omologhi, avviene uno scambio reciproco delle loro sezioni. I geni precedentemente collegati possono separarsi e viceversa. Di conseguenza, vengono create nuove combinazioni di alleli di geni diversi, si verifica un riarrangiamento dei geni allelici e compaiono nuovi genotipi.

Il crossover può verificarsi su qualsiasi cromosoma. I geni inclusi nei gruppi di collegamento nei cromosomi degli individui genitoriali vengono separati a seguito dell'incrocio, formano nuove combinazioni e in questa nuova forma entrano nei gameti.

La progenie di tali gameti ha una nuova combinazione di geni allelici, che funge da fonte della variabilità genetica osservata nelle popolazioni.

Il crossover è un'importante fonte dell'emergere di nuove combinazioni genetiche nei genotipi degli individui e dell'emergere della variabilità dei tratti.

Il crossover gioca un ruolo importante nell'evoluzione, poiché contribuisce all'emergere di variazioni ereditarie. Effettuando ricombinazioni genetiche, si crea la possibilità di selezionare singoli geni anziché le loro combinazioni. Ad esempio, un cromosoma può contenere contemporaneamente geni utili e dannosi per il corpo. Grazie al crossover, nuovi riarrangiamenti genetici, che poi cadono sotto l'influenza della selezione, possono portare alla scomparsa di geni dannosi e alla conservazione di quelli utili, il che porterà un vantaggio per l'esistenza di un individuo con un tale genotipo nel ambiente. Nuovi genotipi derivanti dall'incrocio, in combinazione con l'azione della selezione naturale, possono dare una nuova direzione nella manifestazione delle proprietà degli organismi viventi, fornendo loro una maggiore adattabilità alle condizioni ambientali.

1. Formulare la legge di Morgan.

2*. In che modo il crossover interrompe il collegamento genetico?

3*. Rimuovi la parola in più che distorce la correttezza dell'affermazione e completa l'affermazione con la parola corretta.

I geni che appartengono allo stesso genotipo sono detti collegati.

4. Sostituisci le parole evidenziate con un termine.

La fonte della comparsa di nuove combinazioni nei genotipi degli individui fornisce l'emergere della variabilità ereditaria.

§ 22 Interazione dei geni e loro molteplici azioni Un gene è un'unità strutturale di informazione ereditaria. Materialmente un gene è rappresentato da un tratto di una molecola di DNA (in rari casi RNA). I geni controllano i tratti elementari durante lo sviluppo individuale di un organismo. I primi studi sulla natura del gene, condotti all'inizio del XX secolo, miravano principalmente a chiarire il ruolo del gene nella trasmissione dei caratteri ereditari. Un compito altrettanto importante era quello di decifrare i modelli di azione dei geni. La sua soluzione non è solo teorica, ma anche pratica, poiché eviterà le possibili conseguenze dannose di questa azione.

Le ricerche dei genetisti hanno stabilito la natura discreta dei geni, confermata dalla loro ereditarietà indipendente: ogni gene determina lo sviluppo di un tratto indipendente dagli altri. Tuttavia, esistono diversi tipi di interazioni tra geni diversi, a causa delle complesse relazioni tra i geni allelici e non allelici.

Unendosi in un genotipo, agiscono tutti insieme come un sistema di geni interagenti di un individuo.

Tra le interazioni dei geni, va menzionato innanzitutto il rapporto di dominanza e recessività, quando l'allele recessivo di un gene sotto l'influenza dell'allele dominante non si manifesta nel fenotipo. Inoltre, ci sono fatti che dimostrano che i geni influenzano la manifestazione delle azioni di altri geni non allelici. Sono stati descritti anche casi in cui lo sviluppo di una particolare caratteristica di un organismo è sotto il controllo non di uno, ma di molti geni. Ad esempio, negli esseri umani, almeno quattro geni determinano la differenza nel colore della pelle tra i rappresentanti delle razze negroide e caucasica.

Tra gli uomini, gli albini (latino a/bus - “bianco”) sono rari (1:20.000-1:40.000): hanno i capelli bianchi, la pelle chiarissima, l'iride rosa o azzurra. Queste persone sono omozigoti per il gene recessivo a, il cui allele dominante è responsabile della produzione del pigmento melanina nel corpo. Con l'aiuto della melanina, la pelle, i capelli e gli occhi di una persona acquisiscono colore. Pertanto, l'allele A dominante di questo gene è spesso chiamato gene della pigmentazione normale. Ma si scopre che negli esseri umani la sintesi e la distribuzione della melanina dipendono da una serie di altri geni situati in altri loci.

In alcune persone, il gene dominante F provoca un accumulo irregolare di melanina, provocando la comparsa di lentiggini, mentre l'altro gene dominante P provoca disturbi della pigmentazione, lasciando ampie aree della pelle chiare e non pigmentate. Un certo numero di geni situati in altri loci influenzano la quantità di melanina nel corpo umano, fornendo diverse tonalità di colore della pelle, dei capelli e degli occhi.

Esistono molti esempi che dimostrano che il grado di sviluppo di uno stesso tratto è determinato dall'influenza di un numero di geni che si manifestano in modo simile. Diversi geni non allelici sembrano duplicare le reciproche azioni nella manifestazione di un dato tratto. Queste interazioni genetiche sono chiamate polimeri (dal greco polymeria - "multi-complessità") e i geni stessi sono chiamati polimeri.

Secondo il tipo di polimero, il colore della pelle umana, l'altezza della pianta, la quantità di proteine ​​nell'endosperma dei semi, il contenuto di vitamine nei frutti, il contenuto di zucchero nelle radici di barbabietola da zucchero, la velocità delle reazioni biochimiche nelle cellule, la crescita vengono ereditati il ​​tasso e il peso degli animali, la produzione di uova delle galline, la produzione di latte delle mucche e altri fattori importanti, segni benefici del corpo.

Le caratteristiche fenotipiche di un organismo sono solitamente determinate dall'interazione di molti geni allelici e non allelici che agiscono nella stessa direzione. Tuttavia, non è raro che lo stesso gene causi diversi tratti. Questo fenomeno è chiamato azione genetica multipla.

In una pianta da giardino, il gene ibrido dell'aquilegia, che determina il colore rosso del fiore, determina contemporaneamente la tinta viola delle foglie, l'allungamento dello stelo e il grande peso dei semi. In tutte le piante da fiore, i geni che forniscono il colore rosso (antociano) dei fiori controllano contemporaneamente il colore rosso dello stelo nel germoglio. Nel moscerino della frutta Drosophila, il gene che determina l'assenza di pigmento negli occhi influenza il colore di alcuni organi interni, provoca una diminuzione della fertilità e riduce l'aspettativa di vita dell'individuo. Nel Pakistan occidentale sono stati scoperti portatori dello stesso gene, che determina l'assenza sia di ghiandole sudoripare in alcune parti del corpo che di alcuni denti.

Il polimerismo, così come le molteplici azioni di un gene e dei suoi alleli, indicano che la relazione tra i geni e la manifestazione dei tratti è piuttosto complessa. Dipendono dalla combinazione di geni allelici e non allelici, dalla loro posizione nei cromosomi, dal loro comportamento nelle mutazioni e da molti altri fattori. Pertanto l’espressione “un gene determina la manifestazione di un tratto”

Abbastanza condizionale.

La manifestazione di una caratteristica e l'azione stessa di un gene dipendono sempre da altri geni, dall'intero genotipo, cioè dall'ambiente genotipico.

Il concetto di ambiente genotipico è stato introdotto nella scienza dallo scienziato domestico S.S.

Chetverikov nel 1926 per designare un complesso di geni che influenzano l'incarnazione di un gene specifico o di un gruppo di geni nel fenotipo. L'ambiente genotipico rappresenta l'intero genotipo contro il quale i geni manifestano i loro effetti. Inoltre, ciascun gene sarà realizzato diversamente a seconda dell'ambiente genotipico in cui si trova.

Quando si considera l'effetto di un gene e dei suoi alleli, è necessario tenere conto non solo dell'ambiente genotipico che influenza l'interazione dei geni, ma anche dell'impatto dell'ambiente in cui si sviluppa l'organismo.

Il grado di espressione del tratto, cioè le sue caratteristiche quantitative, dipende dall'ambiente esterno. Ad esempio, una Drosophila omozigote per un allele recessivo ha ali piccole (rudimentali) nel suo fenotipo. Questo segno appare in modo più contrastante (più pronunciato) se questa mosca si è sviluppata a bassa temperatura. Questo esempio mostra che la manifestazione di un tratto (fenotipo) è il risultato dell’interazione dei geni nelle condizioni specifiche di esistenza dell’organismo.

Tutte le caratteristiche di un organismo (fenotipo) si sviluppano attraverso l'interazione tra genotipo e ambiente.

Solo con l'influenza combinata e simultanea dell'ereditarietà (genotipo) e dell'ambiente compaiono le caratteristiche di un organismo (fenotipo). La capacità di un genotipo di realizzarsi in modo speciale (in modi diversi) in diverse condizioni ambientali e di rispondere a condizioni mutevoli offre all'organismo l'opportunità di esistere nel suo ambiente, la sua vitalità e sviluppo.

1. In che modo l'interazione dei geni differisce dalle loro molteplici azioni?

2*. Spiegare i concetti di “ambiente genotipico” e “ambiente esterno”.

3. Sostituisci le parole evidenziate con un termine.

Le interazioni dei geni, così come le loro azioni ambigue, portano alla conclusione che le relazioni tra geni e tratti sono piuttosto complesse.

4*. Completa l'affermazione scegliendo le parole corrette.

Le azioni duplicative di diversi geni nella manifestazione di un dato tratto sono chiamate:

a) frizione;

c) eredità;

b) polimero;

d) azione multipla.

§ 23 Determinazione del sesso ed ereditarietà dei caratteri legati al sesso La maggior parte delle prove a favore della teoria cromosomica dell'ereditarietà, confermata da Morgan, sono state ottenute da esperimenti con la Drosophila. Un attento studio citologico delle cellule di questa mosca ha rivelato differenze tra i cromosomi dei maschi e delle femmine. Questa scoperta ha fornito la base per risolvere una questione importante: quali meccanismi determinano il sesso degli individui, cioè le loro differenze più profonde che influenzano lo sviluppo di molti tratti e organi direttamente correlati alla riproduzione sessuale?

Si è scoperto che le cellule della Drosophila hanno quattro paia di cromosomi. Di questi, tre paia sono identiche in entrambi i sessi, e la quarta coppia è costituita da cromosomi che differiscono nell'aspetto. Le femmine hanno due cromosomi diritti nella quarta coppia, mentre i maschi ne hanno uno dritto e uno curvo. I cromosomi diritti sono chiamati cromosomi X (cromosomi X) e i cromosomi curvi sono chiamati cromosomi Y (cromosomi Y). Una coppia di cromosomi diversi, diversi nei maschi e nelle femmine, sono chiamati cromosomi sessuali (X e Y). Tutti i cromosomi che sono identici nell'aspetto nelle cellule degli organismi dioici, ad eccezione dei cromosomi sessuali, sono chiamati autosomi (dal greco autos - "sé" e soma - "corpo") o cromosomi non sessuali (A). L'aspetto dei cromosomi di una Drosophila maschio e femmina è mostrato nella Figura 31. Il numero totale, le dimensioni e la forma dei cromosomi caratteristici di un particolare tipo di organismo sono chiamati cariotipo (dal greco karyon - "nucleo" e errori di battitura - " forma”, “campione”).

Tutte le uova (gameti femminili) della Drosophila nel set aploide (nel genoma) contengono quattro cromosomi, di cui uno è un cromosoma X. Anche gli spermatozoi (gameti maschili) hanno quattro cromosomi, ma tra questi, metà dello sperma porta il cromosoma X e l'altra metà porta il cromosoma Y.

La fecondazione di qualsiasi ovulo da parte di uno spermatozoo contenente un cromosoma X dà origine allo zigote femminile di tipo XX. Ma se la fecondazione dell'uovo viene effettuata da uno spermatozoo contenente un cromosoma Y, appare uno zigote maschio XY (Fig. 32).

Un metodo simile per determinare il sesso è inerente a tutti i mammiferi, compresi gli esseri umani.

Il sesso della prole è determinato dal tipo di sperma che feconda l'ovulo.

Numerosi studi su cellule vegetali, animali e umane hanno confermato la presenza di cromosomi sessuali maschili e femminili.

Tutte le cellule somatiche umane (cellule del corpo) hanno 46 cromosomi. Nelle donne sono rappresentati da 22 paia di autosomi (non sessuali) e una coppia di cromosomi sessuali XX, mentre negli uomini - 22 paia di autosomi e una coppia di cromosomi sessuali XY (Fig. 33).

Come tutti gli organismi, le cellule sessuali umane (ovulo e spermatozoo) hanno un insieme aploide di cromosomi, formato durante il processo di riduzione della divisione nella meiosi. Pertanto, ogni cellula uovo ha 22 autosomi e un cromosoma X. Anche gli spermatozoi hanno un corredo cromosomico aploide, ma metà degli spermatozoi nella cellula, oltre a 22 autosomi, ha un cromosoma X e l'altra metà ha 22 autosomi e un cromosoma Y.

Durante la fecondazione, dopo che uno spermatozoo con un cromosoma Y penetra nell'uovo, si forma uno zigote (XY), da cui si sviluppa un ragazzo, e se penetra uno spermatozoo con un cromosoma X, da tale zigote si sviluppa una ragazza (XX) . I cromosomi X e Y danno inizio all'intera catena di eventi che porterà alla soppressione delle caratteristiche dell'uno e alla manifestazione delle caratteristiche dell'altro sesso.

Il sesso umano è controllato geneticamente dai geni dei cromosomi sessuali X e Y.

Una donna (XX) ha sempre un cromosoma X da suo padre e un cromosoma X da sua madre. Un maschio (XY) ha un cromosoma X solo da sua madre. Ciò determina la peculiarità dell'ereditarietà dei geni situati sui cromosomi sessuali. Negli esseri umani, il cromosoma Y svolge un ruolo decisivo nella determinazione del sesso.

Ogni persona eredita dai suoi genitori la forma del corpo, il gruppo sanguigno, il colore della pelle e degli occhi, l'attività biochimica delle cellule e molto altro ancora. Allo stesso tempo, l'eredità umana, come tutti gli altri organismi, nella manifestazione dei tratti segue in gran parte le leggi mendeliane. Esempi di ereditarietà di alcuni tratti umani sono mostrati nella Tabella 1.

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“Fondamenti di biologia generale Un libro di testo per gli studenti del 9° anno degli istituti di istruzione generale Terza edizione, riveduta a cura del Prof. IN. Ponomareva consigliato...”

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La divisione cellulare è un processo complesso di riproduzione asessuata. Le nuove cellule figlie risultanti di solito diventano capaci di dividersi dopo un certo periodo di sviluppo. Ciò è dovuto al fatto che la divisione deve essere preceduta dal raddoppio degli organelli intracellulari che assicurano l'attività vitale della cellula. Altrimenti nelle cellule figlie finirebbero sempre meno organelli. Per il normale funzionamento, una cellula figlia, come una cellula madre, deve ricevere informazioni ereditarie sulle sue principali caratteristiche contenute nei cromosomi. Senza queste informazioni, la cellula non sarà in grado di sintetizzare gli acidi nucleici e le proteine ​​di cui ha bisogno. Ciò significa che durante la divisione, ciascuna cellula figlia deve ricevere una copia dei cromosomi con le informazioni ereditarie dalla cellula madre.

L'autoriproduzione per divisione è una proprietà comune delle cellule degli organismi unicellulari e multicellulari. Tuttavia, questo processo avviene in modo diverso nelle cellule procariotiche ed eucariotiche.

Divisione cellulare nei procarioti. La divisione cellulare dei procarioti è determinata dalle caratteristiche strutturali delle loro cellule. Le cellule procariotiche non hanno nucleo né cromosomi.

Pertanto, le cellule si riproducono per semplice divisione. La sostanza nucleare nei batteri è rappresentata da una molecola circolare di DNA, convenzionalmente considerata un cromosoma. Il DNA è a forma di anello ed è solitamente attaccato alla membrana cellulare.

Prima di dividersi, il DNA batterico viene duplicato e ciascun DNA a sua volta è attaccato alla membrana cellulare. Una volta completata la duplicazione del DNA, la membrana cellulare cresce tra le due molecole di DNA risultanti. Pertanto, il citoplasma è diviso in due cellule figlie, ciascuna delle quali contiene un'identica molecola circolare di DNA (Fig. 20).

Divisione cellulare negli eucarioti. Nelle cellule eucariotiche, le molecole di DNA sono contenute nei cromosomi. I cromosomi svolgono un ruolo importante nel processo di divisione cellulare. Garantiscono la trasmissione di tutte le informazioni ereditarie e la partecipazione alla regolazione dei processi metabolici nelle cellule figlie. Distribuendo i cromosomi tra le cellule figlie e trasferendo a ciascuna di esse un insieme di cromosomi rigorosamente identici, si ottiene la continuità delle proprietà in un numero di generazioni di organismi.

Durante la divisione, il nucleo di una cellula eucariotica attraversa una serie di fasi sequenziali e continue. Questo processo è chiamato mitosi (greco.

mitos - "filo")

Come risultato della mitosi si verifica prima un raddoppio e poi una distribuzione uniforme del materiale ereditario tra i due nuclei delle cellule figlie emergenti.

A seconda di ciò che avviene nella cellula in divisione e di come questi eventi appaiono al microscopio, si distinguono quattro fasi, o stadi, della mitosi, che si susseguono: la prima fase è la profase, la seconda è la metafase, la terza è l'anafase e la seconda è la profase. quarto, finale, - telofase. Consideriamo cosa succede nel nucleo nei diversi stadi di divisione (Fig. 21).

Profase. Aumento del volume del nucleo. La membrana nucleare si disintegra. I cromosomi doppi sono chiaramente visibili: sono costituiti da due copie filiformi - i cromatidi, collegate da una costrizione - un centromero. Nel citoplasma, un apparato per separare i cromosomi è formato da microtubuli: un fuso.

Metafase. I cromosomi si spostano al centro della cellula. Ciascuno di essi è costituito da due cromatidi collegati da un centromero. Un'estremità dei filamenti del fuso è attaccata ai centromeri.

Anafase. I microtubuli si contraggono, i centromeri si separano e si allontanano gli uni dagli altri. I cromosomi si separano e i cromatidi si spostano ai poli opposti del fuso.

Telofase. Si formano nuovi nuclei. I cromosomi nei nuovi nuclei diventano sottili, invisibili al microscopio. Il nucleolo riappare e si forma l'involucro nucleare. Questa è l'ultima fase della divisione nucleare cellulare.

Contemporaneamente alla telofase inizia la divisione del citoplasma. Innanzitutto, si forma una costrizione (setto) tra le cellule figlie. Dopo qualche tempo, il contenuto della cella si separa. Ecco come appaiono le nuove cellule figlie con il citoplasma attorno a nuovi nuclei identici. Successivamente, ricomincia la preparazione per la divisione di questa cellula ormai nuova, e l'intero ciclo si ripete continuamente se esistono condizioni favorevoli. Il processo di mitosi dura circa 1-2 ore e la sua durata varia a seconda dei diversi tipi di cellule e tessuti. Dipende anche dalle condizioni ambientali.

La divisione del nucleo e, di conseguenza, della cellula continua continuamente finché la cellula ha i mezzi per assicurare la sua attività vitale.

Ciclo cellulare. L'esistenza di una cellula dal momento in cui nasce come risultato della divisione fino alla separazione in cellule figlie è chiamata ciclo di vita cellulare o ciclo cellulare. Ci sono due fasi (o fasi) nel ciclo di vita cellulare.

La prima fase del ciclo cellulare è la preparazione della cellula alla divisione. Si chiama interfase (dal latino inter- “tra” e dal greco phase- “apparizione”). L'interfase nel ciclo cellulare occupa il periodo di tempo più lungo (fino al 90%). Durante questo periodo, il nucleo e il nucleolo sono chiaramente visibili nella cellula. La cellula giovane cresce attivamente, le proteine ​​vengono biosintetizzate, accumulate, le molecole di DNA vengono preparate per raddoppiare e tutto il materiale cromosomico viene duplicato (replicato). I cromosomi non sono visibili, ma il processo del loro raddoppio è attivamente in corso. Un cromosoma duplicato è costituito da due metà contenenti ciascuna una molecola di DNA a doppio filamento. Le caratteristiche caratteristiche delle cellule in interfase sono la despiralizzazione (svolgimento) dei cromosomi e la loro distribuzione uniforme sotto forma di massa sciolta in tutto il nucleo. Verso la fine dell'interfase, i cromosomi si attorcigliano (si attorcigliano) e diventano visibili, ma appaiono ancora come sottili fili allungati (Fig. 22).

Nella seconda fase del ciclo cellulare, avviene la mitosi e la divisione della cellula in eucarioti sono metodi di riproduzione asessuata: le cellule figlie ricevono le informazioni ereditarie che aveva la cellula madre. Le cellule figlie sono geneticamente identiche al genitore. Non ci sono cambiamenti nell'apparato genetico qui. Pertanto, tutte le cellule che compaiono durante il processo di divisione cellulare e i tessuti da esse formati presentano omogeneità genetica.

1. Spiegare le differenze nei processi di divisione cellulare nei procarioti e negli eucarioti.

2*. Perché nella riproduzione asessuata i figli sono identici ai genitori?

3. Descrivere il processo di mitosi e le caratteristiche di ciascuna delle sue fasi.

4. Sostituisci le parole sottolineate con termini.

La prima fase della mitosi inizia quando i cromosomi diventano visibili.

Alla fine della terza fase della mitosi, i cromosomi si trovano ai poli opposti della cellula.

Le strutture cellulari contenenti informazioni genetiche diventano visibili solo durante la mitosi.

Lavoro di laboratorio n. 2 (vedi Appendice, p. 230).

§ 15 Formazione delle cellule germinali. Meiosi Le cellule sessuali (gameti) si sviluppano negli organi genitali (generativi) e svolgono un ruolo vitale: assicurano la trasmissione delle informazioni ereditarie dai genitori alla prole. Durante la riproduzione sessuale, a seguito della fecondazione, avviene la fusione di due cellule germinali (maschio e femmina) e la formazione di una cellula: uno zigote, la cui successiva divisione porta allo sviluppo di un organismo figlia.

Tipicamente, il nucleo cellulare contiene due serie di cromosomi - uno da uno e l'altro genitore - 2p (la lettera latina "p" indica un singolo set di cromosomi). Tale cellula è chiamata diploide (dal greco diploos - "doppio" ed eidos - "specie"). Si può presumere che quando due nuclei si uniscono, la cellula appena formata (zigote) conterrà non più due, ma quattro serie di cromosomi, che raddoppieranno nuovamente ad ogni successiva comparsa di zigoti.

Immagina quanti cromosomi si accumulerebbero in una cellula!

Ma questo non accade nella natura vivente: il numero di cromosomi in ciascuna specie rimane costante durante la riproduzione sessuale. Ciò è dovuto al fatto che le cellule sessuali si formano attraverso una divisione speciale. Grazie a ciò, non due (2n), ma solo una coppia di cromosomi (In), cioè la metà di ciò che era nella cellula prima della sua divisione, entrano nel nucleo di ciascuna cellula germinale. Cellule con un singolo set di cromosomi, ad es.

Il processo di divisione delle cellule germinali, a seguito del quale nel nucleo è presente la metà dei cromosomi, è chiamato meiosi (meiosi greca - "riduzione").

Durante la formazione delle cellule germinali sia maschili che femminili si verifica un dimezzamento del numero di cromosomi nel nucleo (la cosiddetta riduzione). Durante la fecondazione, nel nucleo dello zigote si crea nuovamente un doppio corredo di cromosomi (2n) mediante la fusione delle cellule germinali.

Va notato che in molti eucarioti (microrganismi, piante inferiori e maschi di alcune specie di artropodi), le cellule somatiche (greco soma - "corpo") (tutte le cellule del corpo, escluse le cellule sessuali) hanno un insieme aploide di cromosomi. In molte piante da fiore, le cellule sono poliploidi, cioè contengono molti set di cromosomi. Ma nella maggior parte degli animali, nell’uomo e nelle piante superiori, solo le cellule germinali sono aploidi. In tutte le altre cellule del corpo di questi organismi, il nucleo contiene un diploide (2n) - doppio set di cromosomi.

La meiosi è di grande importanza nel mondo vivente. Durante il processo di meiosi (a differenza della mitosi), si formano cellule figlie che contengono la metà dei cromosomi delle cellule madri, ma grazie all'interazione dei cromosomi del padre e della madre hanno sempre nuove e uniche combinazioni di cromosomi. Queste combinazioni nella prole si esprimono in nuove combinazioni di caratteristiche. L'emergere di molte combinazioni di cromosomi aumenta la capacità di una specie di sviluppare adattamenti alle mutevoli condizioni ambientali, il che è molto importante per l'evoluzione.

Con l'aiuto della meiosi si formano cellule germinali con un corredo di cromosomi più piccolo e con proprietà genetiche qualitativamente diverse rispetto a quelle delle cellule madri.

La meiosi, o divisione di riduzione, è una combinazione di due fasi uniche della divisione cellulare che si susseguono senza interruzione. Si chiamano meiosi I (prima divisione) e meiosi II (seconda divisione). Ogni fase ha diverse fasi.

I nomi delle fasi sono gli stessi delle fasi della mitosi. Le interfasi si osservano prima delle divisioni.

Ma la duplicazione del DNA nella mitosi avviene solo prima della prima divisione. L'avanzamento della meiosi è mostrato nella Figura 23.

Nella prima interfase (che precede la prima divisione della meiosi), si verifica un aumento delle dimensioni delle cellule, il raddoppio degli organelli e il raddoppio del DNA nei cromosomi.

La prima divisione (meiosi I) inizia con la profase /, durante la quale i cromosomi duplicati (aventi due cromatidi) sono chiaramente visibili al microscopio ottico. In questa fase, cromosomi identici (omologhi), ma provenienti dai nuclei dei gameti paterni e materni, si avvicinano tra loro e “si uniscono” per tutta la loro lunghezza formando coppie. I centromeri (restrizioni) dei cromosomi omologhi si trovano nelle vicinanze e si comportano come una singola unità, tenendo insieme i quattro cromatidi. Tali cromosomi doppi omologhi interconnessi sono chiamati coppia o bivalente (dal latino bi - "doppio" e valens - "forte").

I cromosomi omologhi che compongono il bivalente sono strettamente collegati tra loro in determinati punti. In questo caso, può verificarsi uno scambio di sezioni di filamenti di DNA, a seguito del quale si formano nuove combinazioni di geni nei cromosomi. Questo processo è chiamato crossover (inglese: cmssingover - "croce"). Il crossover può portare alla ricombinazione di sezioni grandi o piccole di cromosomi omologhi con diversi geni o parti di un gene nelle molecole di DNA (Fig. 24).

Grazie al crossover, le cellule germinali contengono cromosomi con proprietà ereditarie diverse rispetto ai cromosomi dei gameti genitori.

Il fenomeno del crossover ha un significato biologico fondamentale, poiché aumenta la diversità genetica nella prole.

La complessità dei processi che si verificano nella profase I (nei cromosomi, nel nucleo) determina la durata più lunga di questa fase della meiosi.

Nella metafase I i bivalenti si trovano nella parte equatoriale della cellula. Quindi, nell'anafase I, i cromosomi omologhi divergono verso i poli opposti della cellula. La telofase / completa la prima divisione della meiosi, a seguito della quale si formano due cellule figlie, sebbene ciascun cromosoma in esse rimanga ancora raddoppiato (cioè costituito da due cromatidi fratelli).

La telofase I è seguita dalla seconda interfase. Ci vuole un tempo molto breve, poiché in esso non avviene la sintesi del DNA.

Nella telofase II, la membrana nucleare si forma nuovamente attorno al nucleo, che ora contiene un singolo insieme (aploide) di cromosomi, e il contenuto cellulare si divide. Il processo di riduzione della formazione delle cellule germinali termina con la creazione di quattro cellule aploidi: i gameti.

Come risultato della meiosi, una cellula produce quattro cellule con un set di cromosomi aploidi.

Il processo di formazione delle cellule germinali maschili (spermatozoi) è chiamato spermatogenesi (dal greco spermatos - "seme" e genesi - "emergenza", "origine"). Il processo di sviluppo delle cellule germinali femminili (uova) è chiamato ovogenesi o oogenesi (dal greco oop - "uovo" e genesi - "emergenza", "origine"). 1. Perché le proprietà degli organismi figli si sviluppano da uno zigote non identici ai loro genitori?

2*. Qual è il significato biologico della meiosi?

La divisione cellulare, a seguito della quale nel nucleo ci sono la metà dei cromosomi, porta alla formazione di cellule germinali.

4. Completa la dichiarazione scegliendo il termine corretto:

I cromosomi identici di padre e madre sono chiamati:

b) omologo; d) singolo.

§ 16 Sviluppo individuale degli organismi - ontogenesi Un organismo subisce trasformazioni significative durante il periodo della sua vita:

cresce e si sviluppa.

L'insieme delle trasformazioni che avvengono nel corpo dalla sua nascita alla morte naturale è chiamato sviluppo individuale o ontogenesi (dal greco ontos - "esistente" e genesi - "emergenza", "origine"). Negli organismi unicellulari, la vita rientra in un ciclo cellulare e tutte le trasformazioni avvengono tra due divisioni cellulari. Negli organismi multicellulari questo processo è molto più complesso.

Nella riproduzione asessuata, compresa la riproduzione vegetativa, l'ontogenesi inizia dal momento della divisione della cellula iniziale (cioè che dà origine) all'organismo materno. Un organismo nelle prime fasi di sviluppo è chiamato rudimento.

Gli organismi unicellulari, come tutte le cellule, nascono attraverso la divisione cellulare. In una cellula appena formata, non sempre si formano strutture intracellulari che forniscono le sue funzioni specifiche e i processi vitali. È necessario un certo tempo affinché tutti gli organelli si formino e tutti gli enzimi necessari vengano sintetizzati. Questo primo periodo della vita di una cellula (e di un organismo unicellulare) nel ciclo cellulare è chiamato maturazione. Segue un periodo di vita cellulare matura, che termina con la sua divisione.

Nello sviluppo individuale di un organismo multicellulare si distinguono diverse fasi, spesso chiamate periodi di età. Esistono quattro periodi di età: germinale (embrionale), giovinezza, maturità e vecchiaia.

Negli animali si distinguono spesso solo due periodi: embrionale e postembrionale. Il periodo embrionale è lo sviluppo dell'embrione (embrione) prima della sua nascita. Il postembrionale è il periodo di sviluppo di un organismo dalla sua nascita o uscita dall'uovo o dalle membrane embrionali fino alla morte.

Il periodo embrionale dell'ontogenesi (sviluppo embrionale), che avviene nell'utero nel corpo materno e termina con la nascita, è presente nella maggior parte dei mammiferi, compreso l'uomo. Negli organismi ovipari e in quelli che depongono le uova, lo sviluppo embrionale avviene al di fuori del corpo materno e termina con il rilascio delle membrane delle uova (nei pesci, anfibi, rettili, uccelli, così come in molti animali invertebrati - echinodermi, molluschi, vermi, ecc.) .).

Nella stragrande maggioranza degli organismi animali, il processo di sviluppo embrionale avviene in modo simile. Ciò conferma la loro origine comune.

Negli esseri umani, durante lo sviluppo embrionale, il cervello e il midollo spinale iniziano a separarsi per primi. Ciò avviene durante la terza settimana dopo il concepimento. In questa fase, l'embrione umano è lungo solo 2 mm.

Fin dai primi giorni di sviluppo embrionale, l'embrione è molto sensibile agli influssi dannosi, soprattutto chimici (medicinali, veleni, alcol, droghe) e infettivi. Ad esempio, se una donna contrae la rosolia tra la 4a e la 1a 2a settimana di gravidanza, ciò può causare un aborto spontaneo o interrompere la formazione del cuore, del cervello, degli organi della vista e dell'udito del feto, cioè degli organi il cui sviluppo avviene in questo periodo.

Dopo la nascita o l'uscita dall'uovo, inizia lo sviluppo postembrionale dell'organismo. Per alcuni organismi, questo periodo di vita dura diversi giorni, per altri - diverse decine o centinaia di anni, a seconda della specie.

Un leone muore di vecchiaia a circa 50 anni, un coccodrillo può vivere fino a 100 anni, una quercia può vivere fino a 2000 anni, una sequoia può vivere oltre 3000 anni e un avena può vivere fino a 4 -6 mesi. Alcuni insetti vivono per diversi giorni.

Una persona muore di vecchiaia tra i 75 e i 100 anni, anche se alcune persone vivono più di 100 anni.

Lo sviluppo postembrionale è costituito da tre periodi di età:

gioventù, maturità e vecchiaia. Ciascuno di questi periodi è caratterizzato da alcune trasformazioni nella struttura e nei processi vitali dell'organismo, dovuti alla sua eredità e all'influenza delle condizioni esterne.

Nel processo di sviluppo postembrionale, il corpo subisce cambiamenti quantitativi e qualitativi.

L'ontogenesi è lo sviluppo di un individuo (individuo), determinato dall'ereditarietà e dall'influenza delle condizioni ambientali.

L’ontogenesi è senza dubbio uno dei fenomeni biologici più sorprendenti.

Apparso sotto forma di un minuscolo embrione o rudimento, l'organismo attraversa una serie di complesse fasi di sviluppo, durante le quali si formano gradualmente tutti gli organi e i meccanismi che assicurano l'attività vitale. Raggiunta la maturità sessuale, l'organismo realizza la funzione più importante dei viventi: produce prole, che garantisce la durata e la continuità dell'esistenza della sua specie.

L'esistenza di qualsiasi organismo è un processo complesso e continuo di sviluppo embrionale e post-embrionale in determinate condizioni ambientali e per un periodo di tempo caratteristico di ciascuna specie.

1. Descrivere il periodo di sviluppo embrionale dell'organismo.

Sostituire le seguenti definizioni con i termini: un organismo nelle prime fasi di sviluppo; sviluppo individuale di un organismo pluricellulare.

3*. Spiega perché l'influenza di influenze esterne pericolose (radiazioni, fumo) risulta essere più distruttiva nella fase embrionale dell'ontogenesi che nella fase postembrionale.

La divisione cellulare indiretta (mitosi) durante il passaggio di una serie di fasi (profase, metafase, anafase, telofase) garantisce il trasferimento alle cellule figlie delle stesse informazioni ereditarie contenute nei cromosomi del nucleo genitore. Nell'interfase la cellula si prepara alla divisione.

Il tipo più antico di riproduzione è la riproduzione asessuata. Garantisce la stabilità delle informazioni genetiche, la conservazione delle proprietà delle specie, un aumento più rapido del numero e il reinsediamento in nuovi territori.

La riproduzione sessuale è nata nel processo di evoluzione più tardi della riproduzione asessuata.

Attraverso la meiosi, il crossover e la fecondazione, la riproduzione sessuale fornisce una variabilità genetica che consente agli organismi di acquisire nuovi caratteri e proprietà, e quindi di adattarsi meglio alle mutevoli condizioni ambientali.

Durante il processo di meiosi, si verifica la divisione ridotta delle cellule germinali e la formazione di un insieme di cromosomi aploidi (In) nel nucleo dei gameti. Quando le cellule vengono fecondate, le cellule germinali maschili e femminili con un corredo cromosomico aploide si fondono e si forma uno zigote con un corredo cromosomico diploide (2n) nel nucleo.

Lo zigote dà origine allo sviluppo di un nuovo organismo. Il corso della vita di un organismo dalla nascita alla morte è chiamato sviluppo individuale (ontogenesi). Negli organismi multicellulari, l'ontogenesi consiste nei periodi embrionale e postembrionale.

Lo sviluppo individuale di tutti gli organismi viene effettuato in conformità con le proprietà ereditarie inerenti alla specie e in base alle condizioni ambientali.

Mettiti alla prova 1. Spiega il ruolo biologico dei gameti riproduttivi femminili e maschili.

2. Spiegare le principali differenze tra mitosi e meiosi.

3. Qual è la dipendenza dello sviluppo individuale dell'organismo dalle condizioni ambientali nei periodi embrionale e postembrionale?

4. Quali fasi si osservano nel ciclo cellulare degli organismi unicellulari? Spiegare il significato dell'interfase nella vita di una cellula.

1. Descrivere i concetti di “crescita dell’organismo” e “sviluppo dell’organismo”.

Problemi da discutere 1. Descrivere il ruolo biologico dei diversi tipi di riproduzione se osservati in organismi della stessa specie. Dare esempi.

2. Rivelare il meccanismo per garantire la continuità della vita.

3. È corretto affermare che lo sviluppo di un organismo avviene nel periodo embrionale e nel periodo postembrionale si verifica solo un aumento delle dimensioni corporee, cioè la crescita dell'organismo? Sostieni le tue opinioni con esempi specifici.

Concetti fondamentali Riproduzione asessuata. Riproduzione sessuale. Gamete. Zigote. Cromosoma. Mitosi. Meiosi. Attraversando. Ciclo cellulare. Cellula diploide.

Cellula aploide. Ontogenesi.

Capitolo sulla variabilità Dopo aver studiato il capitolo, sarai in grado di:

spiegare i concetti base della genetica;

descrivere il meccanismo di determinazione del sesso e i tipi di ereditarietà dei tratti;

caratterizzare il ruolo dell'ereditarietà e della variabilità degli organismi nella natura vivente.

§ 17 Dalla storia dello sviluppo della genetica La genetica (genesi greca - "origine") è il nome della scienza che studia l'ereditarietà e la variabilità degli organismi, nonché i meccanismi per il controllo di questi processi. Ha una lunga storia.

Anche nei tempi antichi, le persone sapevano che le piante, gli animali e persino gli esseri umani ereditano alcune caratteristiche dai loro genitori, poiché era impossibile non vedere le somiglianze tra la prole e i genitori. Inoltre, alcune caratteristiche “ancestrali” sono state tramandate immutate di generazione in generazione. Facendo affidamento su questa capacità delle piante e degli animali di ereditare determinate qualità, iniziarono a selezionare i semi delle piante da seminare dagli individui più produttivi e cercarono di preservare gli animali giovani che possedevano le proprietà di cui le persone avevano bisogno: quelli che davano più latte o lana, che si comportavano bene. bozza di lavoro migliore, ecc.

Antichi manoscritti cinesi mostrano, ad esempio, che 6.000 anni fa furono create diverse varietà di riso attraverso l'incrocio e la selezione. I reperti archeologici confermano che gli egiziani coltivavano varietà di grano ad alto rendimento. Tra i monumenti scritti babilonesi in Mesopotamia è stata rinvenuta una tavoletta di pietra risalente al VI millennio a.C. e., che registra dati sull'eredità della forma della testa e della criniera in cinque generazioni di cavalli (Fig. 25).

Tuttavia, solo nel XIX e all'inizio del XX secolo, quando fu accumulata la conoscenza sulla vita cellulare, gli scienziati iniziarono a studiare il fenomeno dell'ereditarietà. Il primo lavoro scientifico sullo studio dell'ereditarietà è stato svolto dallo scienziato e monaco ceco G. Mendel. Nel 1865, nell'articolo "Esperimenti sugli ibridi vegetali", formulò le leggi sull'ereditarietà dei tratti che gettarono le basi per la scienza della genetica. Mendel dimostrò che i tratti ereditari (inclinazioni) non sono “fusi”, come si pensava in precedenza, ma si trasmettono dai genitori ai discendenti sotto forma di unità discrete (isolate, separate), che chiamò fattori. Queste unità, presentate in coppia negli individui, non si fondono insieme, ma rimangono distinte e vengono trasmesse ai discendenti nelle cellule riproduttive maschili e femminili, un'unità per ciascuna coppia.

Nel 1909, le unità ereditarie furono nominate dallo scienziato danese V.

Geni Johannsen (genos greco - "genere"). All'inizio del 20 ° secolo. L'embriologo e genetista americano T. Morgan ha stabilito sperimentalmente che i geni si trovano sui cromosomi e si trovano lì in modo lineare. Da allora il concetto di gene è stato centrale nella genetica.

Un ruolo di primo piano nello sviluppo della genetica nella prima metà del XX secolo. interpretato dai nostri scienziati nazionali.

COME. Serebrovsky, studiando la genetica degli animali, mostrò la complessa struttura del gene e introdusse nella scienza il termine "pool genetico". La dottrina dell'ereditarietà e della variabilità fu arricchita dalle opere di N.I. Vavilov, che nel 1920 formulò la legge delle serie omologhe dell'ereditarietà e della variabilità, che assicurava una stretta connessione tra genetica e insegnamento evoluzionistico. Yu.A. Filipchenko ha condotto numerosi esperimenti sull'analisi genetica delle piante, sviluppato metodi per studiare la variabilità e l'ereditarietà. G.D. ha anche dato un contributo significativo allo sviluppo della genetica.

Karpechenko, N.K. Koltsov, S.S. Chetverikov e altri ricercatori.

Negli anni '40 Furono gettate le basi biochimiche della genetica. Gli scienziati hanno dimostrato il ruolo delle molecole di acido nucleico nella trasmissione delle informazioni ereditarie, che ha portato alla nascita della genetica molecolare. La decodifica della struttura della molecola del DNA, pubblicata nel 1953, mostrò la stretta connessione di questo composto chimico con le informazioni ereditarie nei geni.

I progressi nel campo della genetica molecolare hanno portato alla creazione di una nuova branca della scienza biologica: l'ingegneria genetica, che consente, manipolando singoli geni, di ottenere in vitro nuove combinazioni di geni su un cromosoma che prima non esistevano. L'ingegneria genetica si è diffusa ampiamente nella pratica agricola e nella biotecnologia.

Lo sviluppo della genetica basata su principi molecolari nella considerazione delle qualità ereditarie è diventato possibile grazie alla creazione di alte tecnologie nel campo della ricerca scientifica, apparse solo a metà del XX secolo.

La genetica è la base teorica della selezione (latino selectio - "scelta", "selezione") di piante, animali e microrganismi, cioè la creazione di organismi con le proprietà desiderate dall'uomo. Sulla base di modelli genetici, gli allevatori creano varietà migliorate di piante e razze di animali domestici. Utilizzando metodi di ingegneria genetica, vengono sviluppati nuovi ceppi (colture pure) di microrganismi (batteri, funghi) che sintetizzano sostanze per il trattamento delle malattie.

La ricerca condotta dagli scienziati genetici ha portato alla comprensione del fatto che, oltre alle malattie infettive, esistono molte diverse malattie ereditarie. La diagnosi precoce di queste malattie consente di intervenire tempestivamente nel decorso della malattia e di prevenirne o rallentarne lo sviluppo.

Il deterioramento ecologico e i cambiamenti ambientali negativi hanno causato molti disturbi nella sfera genetica degli organismi viventi, aumentando la probabilità di malattie ereditarie negli esseri umani.

Per risolvere molti problemi associati a questa tendenza allarmante e garantire la sicurezza genetica umana, erano necessarie ricerche mirate e gli sforzi congiunti di scienziati - ecologisti e genetisti. È così che è nata una nuova importante direzione nella scienza: la genetica ambientale, che ha garantito lo sviluppo dei servizi di sicurezza genetica. Quest'ultimo studia l'attività genetica dei fattori ambientali chimici e fisici che influenzano l'uomo e la natura nel suo insieme. Gli ecologisti hanno dimostrato che per lo sviluppo sostenibile della vita sulla Terra è necessario preservare la diversità biologica delle specie e degli ecosistemi naturali. Questo compito di vitale importanza per l'umanità ha portato allo sviluppo attivo di una direzione nella scienza biologica come la genetica delle popolazioni.

La conoscenza della genetica è richiesta in botanica, zoologia, microbiologia, ecologia, studio dell'evoluzione, antropologia, fisiologia, etologia e altre aree della biologia. I dati della ricerca genetica vengono utilizzati in biochimica, medicina, biotecnologia, conservazione della natura e agricoltura. Possiamo dire che le scoperte e i metodi della genetica trovano applicazione in tutti gli ambiti dell'attività umana legati agli organismi viventi. Le leggi della genetica sono di grande importanza per spiegare tutti i processi della vita sulla Terra.

Il ruolo scientifico e pratico della genetica è determinato dall'importanza dell'oggetto del suo studio: ereditarietà e variabilità, cioè proprietà inerenti a tutti gli esseri viventi.

1. Cosa studia la scienza della genetica, quando e perché è diventata così chiamata?

2. Perché G. Mendel è considerato il “padre della genetica”?

3. Sostituisci le parole evidenziate con un termine.

I dati della scienza che studia l'ereditarietà e la variabilità degli organismi hanno ora trovato ampia applicazione in tutti i settori della biologia.

Le unità che assicurano la trasmissione delle proprietà ereditarie sono presenti in tutti gli organismi senza eccezioni.

4*. Descrivere il ruolo della conoscenza sugli acidi nucleici per lo sviluppo della genetica.

§ 18 Concetti di base della genetica La genetica studia due proprietà fondamentali degli organismi viventi: l'ereditarietà e la variabilità.

L'ereditarietà è la capacità degli organismi di trasmettere le proprie caratteristiche e caratteristiche di sviluppo alla prole. Grazie a questa capacità tutti gli esseri viventi (piante, animali, funghi o batteri) conservano nei loro discendenti i tratti caratteristici della specie. Questa continuità delle proprietà ereditarie è assicurata dal trasferimento delle loro informazioni genetiche. I portatori di informazioni ereditarie negli organismi sono i geni.

Un gene è un'unità di informazione ereditaria che si manifesta come una caratteristica di un organismo.

Nell'argomento "Biosintesi delle proteine ​​in una cellula vivente" (§ 10) si è notato che un gene funge da base per la costruzione di molecole proteiche, ma in genetica un gene agisce come portatore di una caratteristica in un organismo. Questa “dualità” del gene diventa comprensibile se ricordiamo che la funzione più importante della proteina nella cellula è enzimatica, cioè il controllo delle reazioni chimiche che portano alla formazione di tutte le caratteristiche dell'organismo. Questo “doppio” ruolo del gene può essere espresso dallo schema: gene - proteina - enzima - reazione chimica - caratteristica dell'organismo.

Un gene è una sezione di una molecola di DNA (e in alcuni virus, di RNA) con un insieme specifico di nucleotidi. La sequenza nucleotidica contiene informazioni genetiche sullo sviluppo delle caratteristiche dell'organismo. Negli organismi superiori, i geni si trovano nel DNA dei cromosomi (questi sono i cosiddetti geni nucleari) e nel DNA contenuto negli organelli del citoplasma - mitocondri e cloroplasti (questi sono geni citoplasmatici).

In tutti gli organismi della stessa specie, ciascun gene si trova in una posizione specifica rispetto agli altri geni. La posizione di un gene su un tratto di DNA è chiamata locus. In diversi individui della stessa specie, ciascun gene ha diverse forme: alleli. Gli alleli contengono informazioni su una particolare variante dello sviluppo di un tratto controllato da questo gene (ad esempio, il colore degli occhi). Le cellule di un organismo diploide contengono solitamente due alleli di ciascun gene, uno ricevuto dalla madre, l'altro dal padre. Qualsiasi cambiamento nella struttura di un gene porta alla comparsa di nuovi alleli di questo gene e ad un cambiamento nel tratto che controlla.

Gli organismi che portano alleli diversi (alternativi) dello stesso gene sugli stessi cromosomi (omologhi) sono chiamati eterozigoti, mentre gli organismi con gli stessi alleli su cromosomi omologhi sono chiamati omozigoti.

L'eterozigosi di solito garantisce una maggiore vitalità degli organismi, la loro buona adattabilità alle mutevoli condizioni ambientali ed è quindi ampiamente rappresentata nelle popolazioni naturali di varie specie.

Un gene è una sezione di una molecola di DNA che determina la possibilità di sviluppare un particolare tratto. Tuttavia, lo sviluppo di questo tratto stesso dipende in gran parte dalle condizioni esterne.

L’insieme di tutti i geni (alleli) di un individuo è chiamato genotipo.

Il genotipo agisce come un unico sistema interagente di tutti gli elementi genetici che controllano la manifestazione di tutti i segni dell'organismo (sviluppo, struttura, attività vitale).

L’insieme di tutte le caratteristiche di un organismo è chiamato fenotipo. Il fenotipo si forma nel processo di interazione tra il genotipo e l'ambiente esterno. Non tutte le capacità genotipiche dell'organismo si realizzano nel fenotipo. Pertanto, un fenotipo è anche chiamato un caso speciale della manifestazione di un genotipo in condizioni specifiche. Non esiste praticamente una corrispondenza completa tra genotipo e fenotipo. Non sempre un cambiamento nel genotipo è accompagnato da un cambiamento nel fenotipo e viceversa.

All'interno di una specie, tutti gli individui sono abbastanza simili tra loro. Ma in condizioni diverse, individui anche con lo stesso genotipo possono differire l'uno dall'altro nella natura e nella forza della manifestazione delle loro caratteristiche (cioè nel fenotipo). A questo proposito, in genetica viene utilizzato il concetto di norma di reazione, che denota la gamma (limiti) delle manifestazioni fenotipiche di un tratto in un individuo sotto l'influenza dell'ambiente esterno senza modificare il genotipo.

Il genotipo determina i limiti (intervallo) della norma di reazione dell'organismo, cioè le sue capacità genetiche, e il fenotipo realizza queste capacità nei tratti.

Ogni organismo vive e si sviluppa in determinate condizioni ambientali, sperimentando l'azione di fattori esterni. Questi fattori (temperatura, luce, presenza di altri organismi, ecc.) possono manifestarsi nel fenotipo, cioè possono cambiare le dimensioni o le proprietà fisiologiche dell'organismo.

Pertanto, la manifestazione dei sintomi anche in organismi strettamente correlati può essere diversa. Queste differenze tra gli individui all’interno di una specie sono chiamate variabilità.

La variabilità è la proprietà degli organismi viventi di esistere in varie forme, fornendo loro la capacità di sopravvivere in condizioni ambientali mutevoli.

La variazione può essere causata da fattori ambientali che non comportano cambiamenti nel genotipo. La variabilità associata ai cambiamenti nel genotipo è accompagnata dalla comparsa di nuove caratteristiche e qualità ereditate dall'organismo. Ciò è particolarmente spesso osservato negli individui risultanti dall'incrocio.

La variabilità è una proprietà degli organismi che è l'opposto dell'ereditarietà.

Ma sia l’ereditarietà che la variabilità sono indissolubilmente legate. Assicurano la continuità delle proprietà ereditarie e la capacità di adattarsi alle mutevoli nuove condizioni ambientali, determinando il progressivo sviluppo della vita.

Ereditarietà e variabilità sono inerenti a tutti gli organismi. La genetica, studiando i modelli di ereditarietà e variabilità, identifica metodi per controllare questi processi.

1. Cos'è un allele? Quali geni sono detti allelici?

2. Confrontare il ruolo dell'ereditarietà e della variabilità nella vita degli organismi.

3*. Elimina le parole nelle frasi che distorcono la correttezza delle affermazioni.

Il gene, come fattore ereditario e unità discreta di informazione genetica, è localizzato nei cromosomi degli organelli.

Un genotipo è un sistema unificato di tutti i cromosomi e gli elementi genetici di una determinata cellula o organismo.

I limiti della norma di reazione sono determinati dal genotipo e dal fenotipo.

Un fenotipo è una raccolta di tratti e geni di un organismo.

§19 Gli esperimenti genetici di Mendel L'uomo ha sempre cercato di capire i modelli di ereditarietà dei tratti.

Allevatori di talento, sulla base di molti anni di pratica, hanno ottenuto esattamente le proprietà che volevano vedere in una nuova varietà vegetale (ad esempio, melo, rosa) o razza animale (colore del cavallo, forma del corpo di un cane, colomba, lunghezza del la coda di un gallo, ecc.). Tuttavia, per molto tempo nessuno è stato in grado di spiegare come l'informazione genetica venga trasmessa dai genitori alla prole. Solo a metà del XIX secolo. nella città ceca di Brno, il monaco G. Mendel, grazie ad esperimenti genetici, ha risposto a questa domanda.

Mendel rifletté attentamente sulle condizioni per condurre esperimenti genetici e scelse un oggetto di studio di grande successo: il pisello.

al ricercatore attraverso una combinazione di proprietà. In questo caso si verificherà l'incrocio: la combinazione del materiale genetico di due cellule in una cellula come risultato del processo sessuale. Un organismo con nuove proprietà ereditarie che si è sviluppato da una tale cellula è chiamato ibrido (latino hibrida - "incrocio"). Incrociando in questo modo piante di due varietà con caratteristiche contrastanti diverse (Fig. 26), Mendel fece un resoconto accurato dell'eredità di queste caratteristiche nel corso di una serie di generazioni.

Come risultato di molti anni di esperimenti preliminari, selezionò linee pure da molte varietà di piselli che differivano per una serie di caratteristiche contrastanti.

Mendel scelse sette di questi personaggi che hanno manifestazioni contrastanti nella prole: 1) colore del fiore (viola e bianco); 2) colore del seme (giallo e verde); 3) colore dei chicchi (verde e giallo); 4) superficie del seme (liscia e rugosa); 5) forma dei chicchi (semplici e segmentati); 6) lunghezza dello stelo (lungo e corto); 7) posizione dei fiori sullo stelo (ascellare e apicale).

Innanzitutto, ha studiato l'ereditarietà di una coppia di varianti contrastanti di un solo tratto.

L'incrocio in cui i genitori differiscono per un tratto fu chiamato monoibrido da Mendel. Dopo aver studiato la manifestazione di un tratto distinto, le cui differenze vengono ereditate alternativamente, passò allo studio della trasmissione di due tratti (incrocio diibrido), e poi di tre tratti (incrocio triibrido). Verificando le sue conclusioni attraverso numerosi esperimenti e contabilità quantitativa di tutti i tipi di ibridi ottenuti, e quindi analizzando attentamente i risultati ottenuti, il ricercatore ha identificato modelli di ereditarietà dei tratti.

La prima legge di Mendel. Innanzitutto, sono stati condotti esperimenti incrociando piselli con fiori viola e bianchi. Mendel impollinava i fiori viola con il polline dei fiori bianchi e viceversa. Con questo incrocio di due varietà geneticamente diverse, si ottenne una progenie mista: ibridi di prima generazione.

Mendel scoprì che incrociando varietà di piselli con fiori viola e bianchi, tutte le piante della prima generazione risultarono uguali (uniformi) - con fiori viola (Fig. 27).

Mendel fece la brillante ipotesi che ogni tratto ereditario sia trasmesso da un proprio fattore (in seguito chiamato gene). Nelle linee di piselli puri, ogni genitore ha un gene che porta un tratto: un fiore bianco o viola. Gli ibridi contengono contemporaneamente le caratteristiche di entrambi i genitori, ma solo uno di essi, quello “più forte”, appare esteriormente. Chiamò un tratto così "forte" dominante (latino dominantis - "dominante") e un tratto "debole" - recessivo (latino recessus - "rimozione"). Nel caso dei fiori di pisello viola e bianchi, il tratto dominante era il colore viola dei fiori e il tratto recessivo era il colore bianco.

Per designare le caratteristiche, Mendel introdusse il simbolismo alfabetico, utilizzato ancora oggi. Ha designato i geni dominanti in lettere maiuscole e i geni recessivi nelle stesse lettere minuscole dell'alfabeto latino. Pertanto, ha designato il colore viola di un fiore di pisello (un tratto dominante) come A, e il colore bianco di un fiore (un tratto recessivo) come a. Ha designato i genitori come P, gli incroci come "x" e gli ibridi di prima generazione come F.

Consideriamo il genotipo dei genitori in questo esperimento. Le varietà pure sono caratterizzate dall'omogeneità dei geni accoppiati (allelici), cioè gli individui parentali (P) contenevano le caratteristiche (geni allelici) di un solo tipo: recessivo (aa) o dominante (AA). Tali individui sono chiamati omozigoti (dal greco homos - "stesso" e "zigote"), e gli individui con diverse inclinazioni ereditarie (Aa) sono chiamati eterozigoti (dal greco heteros - "diverso" e "zigote").

Nelle piante con fiori bianchi, entrambi i geni allelici sono recessivi, cioè omozigoti per il tratto recessivo (aa). Durante l'autoimpollinazione, tale prole in tutte le generazioni successive avrà esclusivamente fiori bianchi. Le piante parentali con fiori viola portano gli stessi geni allelici: sono omozigoti per il tratto dominante (AA) e la loro progenie sarà sempre viola. Quando si incrociano, gli ibridi di prima generazione ricevono un gene per ciascun allele da entrambi i genitori. Ma in tali ibridi appare solo il tratto dominante (fiori viola) e il tratto recessivo (fiori bianchi) è mascherato. Pertanto, tutti gli ibridi di prima generazione hanno lo stesso aspetto: viola.

Lo stesso schema è stato osservato negli esperimenti su altri tratti: in tutti gli ibridi della prima generazione appare solo un tratto dominante, e il secondo, recessivo, sembra scomparire. Mendel chiamò il modello identificato la regola della dominanza, che ora è chiamata legge di uniformità degli ibridi di prima generazione o prima legge di Mendel.

La prima legge di Mendel afferma: quando si incrociano genitori di linee pure che differiscono per un tratto contrastante, tutti gli ibridi della prima generazione saranno uniformi e mostreranno il tratto di uno solo dei genitori.

Un gene dominante in uno stato eterozigote non sempre maschera completamente un gene recessivo.

Ci sono casi in cui l'ibrido F è di natura intermedia, con dominanza incompleta.

Ad esempio, quando si incrocia una bellezza notturna con fiori rossi (AA) e bianchi (aa), il colore dei fiori (Aa) negli ibridi (F j) era intermedio: rosa (dominanza incompleta). Questo tipo intermedio di eredità dei caratteri è spesso osservato negli animali (Fig. 28).

Seconda legge di Mendel. Dopo aver ricevuto i semi di piselli ibridi della prima generazione, Mendel li seminò di nuovo, ma ora non effettuò l'impollinazione incrociata. Come risultato dell'autoimpollinazione, le piante hanno prodotto semi di seconda generazione (F2). Tra questi c'erano piante con fiori viola (la maggioranza) e fiori bianchi (circa un quarto delle piante).

Mendel scoprì che quando gli ibridi della prima generazione si autoimpollinano, i tratti dominanti e recessivi compaiono nella prole in varie combinazioni. Ciò è espresso nel genotipo come segue: un omozigote per un tratto dominante (AA), due eterozigoti (Aa) e un omozigote per un tratto recessivo (a a). Esternamente, cioè nel fenotipo, questo si manifesta così: tre individui con fiori viola e uno con fiori bianchi. Il fenomeno in cui, a seguito dell’incrocio di individui eterozigoti, la distribuzione dei tratti dominanti e recessivi nella prole avviene in un rapporto di 3:1, fu chiamato da Mendel segregazione. Ai nostri giorni, questo fenomeno è chiamato legge della scissione o seconda legge di Mendel.

La seconda legge di Mendel afferma: quando due ibridi di prima generazione vengono incrociati tra loro, tra i loro discendenti - ibridi di seconda generazione - si osserva una scissione: il numero di individui con un tratto dominante è correlato al numero di individui con un tratto recessivo come 3:1.

Secondo questa legge, gli ibridi della prima generazione producono la scissione: nella loro prole compaiono nuovamente individui con caratteristiche recessive, che costituiscono circa un quarto del numero totale dei discendenti.

La legge della scissione è comune a tutti gli organismi viventi.

Mendel spiegò la divisione dei caratteri nella prole durante l'incrocio di individui eterozigoti con il fatto che nelle loro cellule riproduttive (gameti) c'è solo un deposito (gene) di una coppia allelica, che si comporta come indipendente e integrale.

Mendel chiamò questo fenomeno la purezza dei gameti, sebbene non sapesse perché ciò accadesse. E questo è comprensibile: ai suoi tempi non si sapeva nulla né della mitosi né della meiosi. È stato ora stabilito che, grazie alla meiosi, nei gameti si forma un set aploide (singolo) di cromosomi spaiati e contengono geni dominanti o recessivi.

1. Spiegare l'essenza della prima legge di Mendel.

2. Formulare la seconda legge di Mendel.

3*. Qual è la differenza tra F; da F2 in un incrocio monoibrido?

4*. Perché gli alleli vengono sempre in coppia?

§ 20 Attraversamento diibrido. La terza legge di Mendel Dopo aver stabilito la legge della segregazione usando l'esempio degli incroci monoibridi, Mendel iniziò a scoprire come si comportano le coppie di tratti genetici alternativi. Dopotutto, gli organismi differiscono l'uno dall'altro non per una, ma per molte caratteristiche.

Per stabilire il meccanismo di ereditarietà di due coppie di tratti alternativi, ha condotto una serie di esperimenti di incrocio diibrido. Per gli esperimenti, come pianta madre sono stati presi piselli con semi gialli lisci e come pianta padre piselli con semi verdi rugosi. Nella prima pianta entrambi i caratteri erano dominanti (AB), mentre nella seconda entrambi i caratteri erano recessivi (ab).

Come risultato dell'incrocio, secondo la legge della dominanza dei tratti, tutti i semi degli ibridi di prima generazione (F j) si sono rivelati lisci e gialli. L’anno successivo, questi semi si trasformarono in piante i cui fiori si autoimpollinarono. Nelle piante ottenute in questo modo (seconda generazione - F 2), si è verificata una scissione dei caratteri e, insieme a quelli genitoriali (semi gialli lisci e verdi rugosi), ne sono comparsi di completamente nuovi: semi gialli rugosi e verdi lisci.

Si è scoperto che gli eterozigoti per due coppie di geni allelici formano quattro tipi di gameti in quantità uguali (AB, Ab, aB, ab). In due di essi, i geni sono nella stessa combinazione dei genitori, e negli altri due - in nuove combinazioni o ricombinazioni. La relazione tra le forme genotipiche degli ibridi F2 (Fig. 29) può essere stabilita utilizzando la griglia di Punnett, dal nome di uno dei più importanti genetisti inglesi dell'inizio del XX secolo che propose questo metodo. Nella griglia sono scritti orizzontalmente e verticalmente i geni allelici dei gameti dei genitori e, combinandoli, si ottengono nelle finestre i genotipi dei discendenti.

L'identificazione di questi modelli è possibile solo con una grandissima quantità di materiale sperimentale, pertanto Mendel, studiando la suddivisione dei semi in base alla forma dei semi, esaminò 7324 piselli, in base al colore - piselli, e 556 in base a forma e colore .

Nell'incrocio diibrido in esame, i semi ibridi (556 pezzi) della seconda generazione (F2) si dividono nel seguente rapporto: 315 gialli lisci, 108 verdi lisci, 101 gialli rugosi e 32 verdi rugosi. Questa distribuzione dei piselli ha mostrato che 3/4 di essi sono gialli e 1/4 sono verdi. Dei semi gialli, 3/4 erano lisci e 1/4 rugosi. Quelli verdi avevano lo stesso rapporto: 3/4 lisci e 1/4 rugosi. In tutti i casi, i risultati hanno mostrato un rapporto di 3:1.

Esperimenti sull'incrocio diibrido hanno mostrato che la divisione di una coppia di caratteri (colore giallo e verde) non è affatto associata alla divisione dell'altra coppia (forma liscia e rugosa). Ciò significa che due paia di tratti vengono ridistribuiti indipendentemente l'uno dall'altro quando vengono trasmessi di generazione in generazione. Allo stesso tempo, i semi degli ibridi F2 erano caratterizzati non solo da combinazioni parentali di tratti, ma anche da ricombinazioni (nuove combinazioni).

Analizzando i risultati degli incroci diibridi, Mendel concluse:

la scissione in entrambe le coppie di caratteristiche contrastanti (alternative) avviene indipendentemente l'una dall'altra. Questo fenomeno riflette l'essenza della terza legge di Mendel: la legge dell'ereditarietà indipendente (combinazione) dei tratti.

La terza legge di Mendel afferma che ciascuna coppia di tratti contrastanti (alternativi) viene ereditata indipendentemente l'una dall'altra nel corso di una serie di generazioni; di conseguenza, tra gli ibridi di seconda generazione, i discendenti con nuove combinazioni di tratti compaiono nel rapporto 9:3:3:1.

La legge dell'ereditarietà indipendente dei tratti conferma ancora una volta la discrezione di qualsiasi gene. Questa proprietà dei geni di essere portatori di un tratto ereditario si manifesta sia nella combinazione indipendente di alleli di geni diversi, sia nella loro azione indipendente - nell'espressione fenotipica. La distribuzione indipendente dei geni può essere spiegata dal comportamento dei cromosomi durante la meiosi. Durante la meiosi, le coppie di cromosomi omologhi, e con essi i geni accoppiati, vengono ridistribuiti e si disperdono nei gameti indipendentemente l'uno dall'altro.

Per verificare la correttezza delle sue conclusioni, Mendel effettuò esperimenti in cui verificò se gli alleli recessivi di un gene non fossero realmente scomparsi, ma fossero solo mascherati dagli alleli dominanti del gene. Mendel condusse uno studio di verifica in tutti i casi di incroci sia monoibridi che diibridi.

Supponiamo che gli individui con genotipi AA e Aa abbiano lo stesso fenotipo.

Quindi, quando incrociato con un individuo che è recessivo per questo carattere e ha il genotipo aa, si ottengono i seguenti risultati:

Nel primo caso, gli individui omozigoti per il gene dominante (AA) non danno la scissione F1, e nell'altro caso gli individui eterozigoti (Aa) se incrociati con un individuo omozigote danno la scissione già in F1.

Risultati simili sono stati ottenuti analizzando (testando) l'incrocio e per due coppie di alleli:

L'incrocio di un individuo di genotipo sconosciuto con un individuo omozigote per alleli recessivi è chiamato incrocio analizzante (Fig. 30). Questo incrocio viene effettuato per determinare il genotipo di un individuo. L'analisi non è solo di interesse teorico, ma è anche di grande importanza nel lavoro di allevamento.

prima generazione di incrocio diibrido (F j). Scrivili usando un reticolo di Punnett.

4*. Perché gli individui omozigoti per gli alleli dominanti non vengono utilizzati negli incroci test per identificare il genotipo?

Lavoro di laboratorio n. 3 (vedi Appendice p. § 21 Eredità collegata di geni e incrocio All'inizio del 20 ° secolo, quando i genetisti iniziarono a condurre molti esperimenti sull'incrocio su un'ampia varietà di oggetti (mais, pomodori, topi, Drosophila mosche, polli, ecc.), si è scoperto che i modelli stabiliti da Mendel non sempre compaiono. Ad esempio, non si osserva una dominanza in tutte le coppie di alleli. Si formano invece genotipi intermedi a cui partecipano entrambi gli alleli. Molte coppie di geni si trovano anche che non obbediscono alla legge dell'ereditarietà indipendente dei geni, soprattutto se una coppia di geni allelici si trova sullo stesso cromosoma, cioè i geni sono, per così dire, collegati tra loro.

Tali geni vennero chiamati collegati.

Il meccanismo di ereditarietà dei geni collegati, così come la posizione di alcuni geni collegati, è stato stabilito dal genetista ed embriologo americano T. Morgan. Egli dimostrò che la legge dell'ereditarietà indipendente formulata da Mendel è valida solo nei casi in cui geni portatori di caratteristiche indipendenti sono localizzati su cromosomi diversi non omologhi. Se i geni si trovano sullo stesso cromosoma, l'ereditarietà dei tratti avviene congiuntamente, cioè.

incastro. Questo fenomeno venne chiamato eredità concatenata, così come legge del collegamento o legge di Morgan.

La legge del collegamento afferma: i geni collegati situati sullo stesso cromosoma vengono ereditati insieme (collegati).

Esistono molti esempi noti di eredità concatenata di geni. Nel mais, ad esempio, il colore dei semi e la natura della loro superficie (liscia o rugosa), legati tra loro, vengono ereditati insieme. Nel pisello odoroso (Lathyrus odoratus), il colore del fiore e la forma del polline vengono ereditati in modo concatenato.

Tutti i geni su un cromosoma formano un unico complesso: un gruppo di collegamento.

Di solito finiscono nella stessa cellula sessuale - il gamete - e vengono ereditati insieme.

Pertanto, i geni inclusi nel gruppo di collegamento non obbediscono alla terza legge di Mendel sull'ereditarietà indipendente. Tuttavia, il collegamento genetico completo è raro. Se i geni si trovano vicini l'uno all'altro, la probabilità di incrocio cromosomico è bassa e possono rimanere sullo stesso cromosoma per lungo tempo e quindi verranno ereditati insieme. Se la distanza tra due geni su un cromosoma è grande, allora c'è un'alta probabilità che possano divergere su diversi cromosomi omologhi. In questo caso, i geni obbediscono alla legge dell'ereditarietà indipendente.

Pertanto, la terza legge di Mendel riflette un fenomeno frequente, ma non assoluto, nell'ereditarietà dei tratti.

La prova principale della trasmissione dell'ereditarietà è stata ottenuta negli esperimenti di Morgan e dei suoi colleghi.

Nei suoi esperimenti, Morgan preferiva il moscerino della frutta Drosophila melanogaster. E fino ad oggi è l'oggetto di ricerca preferito dai genetisti. La Drosophila può essere allevata molto facilmente e rapidamente in laboratorio e, soprattutto, è molto conveniente per l'analisi ibrida a causa di molte caratteristiche elementari facilmente prese in considerazione. Attualmente, il suo genotipo è stato decifrato e sono state create mappe dettagliate dei gruppi di collegamento genetico nei cromosomi (la Drosophila ha solo 4 paia di cromosomi). Molte disposizioni della teoria cromosomica dell'ereditarietà e delle proprietà genetiche sono state determinate da T. Morgan sulla base di esperimenti con la Drosophila. T. Morgan è considerato il creatore della teoria cromosomica dell'ereditarietà.

Attraversando. Morgan, mentre studiava l'ereditarietà dei tratti legati al sesso, scoprì la disposizione lineare dei geni su un cromosoma, formulò la dottrina del gene come portatore elementare di informazioni ereditarie e sviluppò un metodo per costruire mappe genetiche dei cromosomi. Stabilì anche il ruolo genetico della meiosi e scoprì il fenomeno del crossover. Il crossover è stato scoperto per la prima volta studiando l'ereditarietà concatenata di tratti causati da geni situati sullo stesso cromosoma. Durante gli esperimenti è apparso un piccolo numero di individui con tratti ricombinati.

In questo caso, uno dei geni precedentemente collegati è finito su un cromosoma e il secondo su un altro, omologo, poiché i cromosomi si sono sovrapposti e si sono scambiati le sezioni. Questo fenomeno è stato chiamato crossover (vedi Fig. 24).

Ricordiamo che il crossover avviene alla fine della profase I della meiosi. Durante il processo di meiosi, i cromosomi omologhi, prima di separarsi in nuclei diversi, si allineano gli uni contro gli altri, si coniugano (si collegano), si incrociano e si scambiano sezioni. Più i geni sono situati su un cromosoma, maggiore è la probabilità che vengano “recisi” durante l’incrocio. Quanto più vicini sono i loro posti sul cromosoma, tanto più forti sono legati. Come risultato della rottura e della connessione in un nuovo ordine di filamenti di DNA nei cromosomi omologhi, avviene uno scambio reciproco delle loro sezioni. I geni precedentemente collegati possono separarsi e viceversa. Di conseguenza, vengono create nuove combinazioni di alleli di geni diversi, si verifica un riarrangiamento dei geni allelici e compaiono nuovi genotipi.

Il crossover può verificarsi su qualsiasi cromosoma. I geni inclusi nei gruppi di collegamento nei cromosomi degli individui genitoriali vengono separati a seguito dell'incrocio, formano nuove combinazioni e in questa nuova forma entrano nei gameti.

La progenie di tali gameti ha una nuova combinazione di geni allelici, che funge da fonte della variabilità genetica osservata nelle popolazioni.

Il crossover è un'importante fonte dell'emergere di nuove combinazioni genetiche nei genotipi degli individui e dell'emergere della variabilità dei tratti.

Il crossover gioca un ruolo importante nell'evoluzione, poiché contribuisce all'emergere di variazioni ereditarie. Effettuando ricombinazioni genetiche, si crea la possibilità di selezionare singoli geni anziché le loro combinazioni. Ad esempio, un cromosoma può contenere contemporaneamente geni utili e dannosi per il corpo. Grazie al crossover, nuovi riarrangiamenti genetici, che poi cadono sotto l'influenza della selezione, possono portare alla scomparsa di geni dannosi e alla conservazione di quelli utili, il che porterà un vantaggio per l'esistenza di un individuo con un tale genotipo nel ambiente. Nuovi genotipi derivanti dall'incrocio, in combinazione con l'azione della selezione naturale, possono dare una nuova direzione nella manifestazione delle proprietà degli organismi viventi, fornendo loro una maggiore adattabilità alle condizioni ambientali.

1. Formulare la legge di Morgan.

2*. In che modo il crossover interrompe il collegamento genetico?

3*. Rimuovi la parola in più che distorce la correttezza dell'affermazione e completa l'affermazione con la parola corretta.

I geni che appartengono allo stesso genotipo sono detti collegati.

4. Sostituisci le parole evidenziate con un termine.

La fonte della comparsa di nuove combinazioni nei genotipi degli individui fornisce l'emergere della variabilità ereditaria.

§ 22 Interazione dei geni e loro molteplici azioni Un gene è un'unità strutturale di informazione ereditaria. Materialmente un gene è rappresentato da un tratto di una molecola di DNA (in rari casi RNA). I geni controllano i tratti elementari durante lo sviluppo individuale di un organismo. I primi studi sulla natura del gene, condotti all'inizio del XX secolo, miravano principalmente a chiarire il ruolo del gene nella trasmissione dei caratteri ereditari. Un compito altrettanto importante era quello di decifrare i modelli di azione dei geni. La sua soluzione non è solo teorica, ma anche pratica, poiché eviterà le possibili conseguenze dannose di questa azione.

Le ricerche dei genetisti hanno stabilito la natura discreta dei geni, confermata dalla loro ereditarietà indipendente: ogni gene determina lo sviluppo di un tratto indipendente dagli altri. Tuttavia, esistono diversi tipi di interazioni tra geni diversi, a causa delle complesse relazioni tra i geni allelici e non allelici.

Unendosi in un genotipo, agiscono tutti insieme come un sistema di geni interagenti di un individuo.

Tra le interazioni dei geni, va menzionato innanzitutto il rapporto di dominanza e recessività, quando l'allele recessivo di un gene sotto l'influenza dell'allele dominante non si manifesta nel fenotipo. Inoltre, ci sono fatti che dimostrano che i geni influenzano la manifestazione delle azioni di altri geni non allelici. Sono stati descritti anche casi in cui lo sviluppo di una particolare caratteristica di un organismo è sotto il controllo non di uno, ma di molti geni. Ad esempio, negli esseri umani, almeno quattro geni determinano la differenza nel colore della pelle tra i rappresentanti delle razze negroide e caucasica.

Tra gli uomini, gli albini (latino a/bus - “bianco”) sono rari (1:20.000-1:40.000): hanno i capelli bianchi, la pelle chiarissima, l'iride rosa o azzurra. Queste persone sono omozigoti per il gene recessivo a, il cui allele dominante è responsabile della produzione del pigmento melanina nel corpo. Con l'aiuto della melanina, la pelle, i capelli e gli occhi di una persona acquisiscono colore. Pertanto, l'allele A dominante di questo gene è spesso chiamato gene della pigmentazione normale. Ma si scopre che negli esseri umani la sintesi e la distribuzione della melanina dipendono da una serie di altri geni situati in altri loci.

In alcune persone, il gene dominante F provoca un accumulo irregolare di melanina, provocando la comparsa di lentiggini, mentre l'altro gene dominante P provoca disturbi della pigmentazione, lasciando ampie aree della pelle chiare e non pigmentate. Un certo numero di geni situati in altri loci influenzano la quantità di melanina nel corpo umano, fornendo diverse tonalità di colore della pelle, dei capelli e degli occhi.

Esistono molti esempi che dimostrano che il grado di sviluppo di uno stesso tratto è determinato dall'influenza di un numero di geni che si manifestano in modo simile. Diversi geni non allelici sembrano duplicare le reciproche azioni nella manifestazione di un dato tratto. Queste interazioni genetiche sono chiamate polimeri (dal greco polymeria - "multi-complessità") e i geni stessi sono chiamati polimeri.

Secondo il tipo di polimero, il colore della pelle umana, l'altezza della pianta, la quantità di proteine ​​nell'endosperma dei semi, il contenuto di vitamine nei frutti, il contenuto di zucchero nelle radici di barbabietola da zucchero, la velocità delle reazioni biochimiche nelle cellule, la crescita vengono ereditati il ​​tasso e il peso degli animali, la produzione di uova delle galline, la produzione di latte delle mucche e altri fattori importanti, segni benefici del corpo.

Le caratteristiche fenotipiche di un organismo sono solitamente determinate dall'interazione di molti geni allelici e non allelici che agiscono nella stessa direzione. Tuttavia, non è raro che lo stesso gene causi diversi tratti. Questo fenomeno è chiamato azione genetica multipla.

In una pianta da giardino, il gene ibrido dell'aquilegia, che determina il colore rosso del fiore, determina contemporaneamente la tinta viola delle foglie, l'allungamento dello stelo e il grande peso dei semi. In tutte le piante da fiore, i geni che forniscono il colore rosso (antociano) dei fiori controllano contemporaneamente il colore rosso dello stelo nel germoglio. Nel moscerino della frutta Drosophila, un gene che determina l'assenza di pigmento negli occhi influenza il colore di alcuni organi interni, provoca una diminuzione della fertilità e riduce l'aspettativa di vita dell'individuo. Nel Pakistan occidentale sono stati scoperti portatori dello stesso gene, che determina l'assenza sia di ghiandole sudoripare in alcune parti del corpo che di alcuni denti.

Il polimerismo, così come le molteplici azioni di un gene e dei suoi alleli, indicano che la relazione tra i geni e la manifestazione dei tratti è piuttosto complessa. Dipendono dalla combinazione di geni allelici e non allelici, dalla loro posizione nei cromosomi, dal loro comportamento nelle mutazioni e da molti altri fattori. Pertanto l’espressione “un gene determina la manifestazione di un tratto”

Abbastanza condizionale.

La manifestazione di una caratteristica e l'azione stessa di un gene dipendono sempre da altri geni, dall'intero genotipo, cioè dall'ambiente genotipico.

Il concetto di ambiente genotipico è stato introdotto nella scienza dallo scienziato domestico S.S.

Chetverikov nel 1926 per designare un complesso di geni che influenzano l'incarnazione di un gene specifico o di un gruppo di geni nel fenotipo. L'ambiente genotipico rappresenta l'intero genotipo contro il quale i geni manifestano i loro effetti. Inoltre, ciascun gene sarà realizzato diversamente a seconda dell'ambiente genotipico in cui si trova.

Quando si considera l'effetto di un gene e dei suoi alleli, è necessario tenere conto non solo dell'ambiente genotipico che influenza l'interazione dei geni, ma anche dell'impatto dell'ambiente in cui si sviluppa l'organismo.

Il grado di espressione del tratto, cioè le sue caratteristiche quantitative, dipende dall'ambiente esterno. Ad esempio, una Drosophila omozigote per un allele recessivo ha ali piccole (rudimentali) nel suo fenotipo. Questo segno appare in modo più contrastante (più pronunciato) se questa mosca si è sviluppata a bassa temperatura. Questo esempio mostra che la manifestazione di un tratto (fenotipo) è il risultato dell’interazione dei geni nelle condizioni specifiche di esistenza dell’organismo.

Tutte le caratteristiche di un organismo (fenotipo) si sviluppano attraverso l'interazione tra genotipo e ambiente.

Solo con l'influenza combinata e simultanea dell'ereditarietà (genotipo) e dell'ambiente compaiono le caratteristiche di un organismo (fenotipo). La capacità di un genotipo di realizzarsi in modo speciale (in modi diversi) in diverse condizioni ambientali e di rispondere a condizioni mutevoli offre all'organismo l'opportunità di esistere nel suo ambiente, la sua vitalità e sviluppo.

1. In che modo l'interazione dei geni differisce dalle loro molteplici azioni?

2*. Spiegare i concetti di “ambiente genotipico” e “ambiente esterno”.

3. Sostituisci le parole evidenziate con un termine.

Le interazioni dei geni, così come le loro azioni ambigue, portano alla conclusione che le relazioni tra geni e tratti sono piuttosto complesse.

4*. Completa l'affermazione scegliendo le parole corrette.

Le azioni duplicative di diversi geni nella manifestazione di un dato tratto sono chiamate:

§ 23 Determinazione del sesso ed ereditarietà dei caratteri legati al sesso La maggior parte delle prove a favore della teoria cromosomica dell'ereditarietà, confermata da Morgan, sono state ottenute da esperimenti con la Drosophila. Un attento studio citologico delle cellule di questa mosca ha rivelato differenze tra i cromosomi dei maschi e delle femmine. Questa scoperta ha fornito la base per risolvere una questione importante: quali meccanismi determinano il sesso degli individui, cioè le loro differenze più profonde che influenzano lo sviluppo di molti tratti e organi direttamente correlati alla riproduzione sessuale?

Si è scoperto che le cellule della Drosophila hanno quattro paia di cromosomi. Di questi, tre paia sono identiche in entrambi i sessi, e la quarta coppia è costituita da cromosomi che differiscono nell'aspetto. Le femmine hanno due cromosomi diritti nella quarta coppia, mentre i maschi ne hanno uno dritto e uno curvo. I cromosomi diritti sono chiamati cromosomi X (cromosomi X) e i cromosomi curvi sono chiamati cromosomi Y (cromosomi Y). Una coppia di cromosomi diversi, diversi nei maschi e nelle femmine, sono chiamati cromosomi sessuali (X e Y). Tutti i cromosomi che sono identici nell'aspetto nelle cellule degli organismi dioici, ad eccezione dei cromosomi sessuali, sono chiamati autosomi (dal greco autos - "sé" e soma - "corpo") o cromosomi non sessuali (A). L'aspetto dei cromosomi di una Drosophila maschio e femmina è mostrato nella Figura 31. Il numero totale, le dimensioni e la forma dei cromosomi caratteristici di un particolare tipo di organismo sono chiamati cariotipo (dal greco karyon - "nucleo" e errori di battitura - " forma”, “campione”).

Tutte le uova (gameti femminili) della Drosophila nel set aploide (nel genoma) contengono quattro cromosomi, di cui uno è un cromosoma X. Anche gli spermatozoi (gameti maschili) hanno quattro cromosomi, ma tra questi, metà dello sperma porta il cromosoma X e l'altra metà porta il cromosoma Y.

La fecondazione di qualsiasi ovulo da parte di uno spermatozoo contenente un cromosoma X dà origine allo zigote femminile di tipo XX. Ma se la fecondazione dell'uovo viene effettuata da uno spermatozoo contenente un cromosoma Y, appare uno zigote maschio XY (Fig. 32).

Un metodo simile per determinare il sesso è inerente a tutti i mammiferi, compresi gli esseri umani.

Il sesso della prole è determinato dal tipo di sperma che feconda l'ovulo.

Numerosi studi su cellule vegetali, animali e umane hanno confermato la presenza di cromosomi sessuali maschili e femminili.

Tutte le cellule somatiche umane (cellule del corpo) hanno 46 cromosomi. Nelle donne sono rappresentati da 22 paia di autosomi (non sessuali) e una coppia di cromosomi sessuali XX, mentre negli uomini - 22 paia di autosomi e una coppia di cromosomi sessuali XY (Fig. 33).

Come tutti gli organismi, le cellule sessuali umane (ovulo e spermatozoo) hanno un insieme aploide di cromosomi, formato durante il processo di riduzione della divisione nella meiosi. Pertanto, ogni cellula uovo ha 22 autosomi e un cromosoma X. Anche gli spermatozoi hanno un corredo cromosomico aploide, ma metà degli spermatozoi nella cellula, oltre a 22 autosomi, ha un cromosoma X e l'altra metà ha 22 autosomi e un cromosoma Y.

Durante la fecondazione, dopo che uno spermatozoo con un cromosoma Y penetra nell'uovo, si forma uno zigote (XY), da cui si sviluppa un ragazzo, e se penetra uno spermatozoo con un cromosoma X, da tale zigote si sviluppa una ragazza (XX) . I cromosomi X e Y danno inizio all'intera catena di eventi che porterà alla soppressione delle caratteristiche dell'uno e alla manifestazione delle caratteristiche dell'altro sesso.

Il sesso umano è controllato geneticamente dai geni dei cromosomi sessuali X e Y.

Una donna (XX) ha sempre un cromosoma X da suo padre e un cromosoma X da sua madre. Un maschio (XY) ha un cromosoma X solo da sua madre. Ciò determina la peculiarità dell'ereditarietà dei geni situati sui cromosomi sessuali. Negli esseri umani, il cromosoma Y svolge un ruolo decisivo nella determinazione del sesso.

Ogni persona eredita dai suoi genitori la forma del corpo, il gruppo sanguigno, il colore della pelle e degli occhi, l'attività biochimica delle cellule e molto altro ancora. Allo stesso tempo, l'eredità umana, come tutti gli altri organismi, nella manifestazione dei tratti segue in gran parte le leggi mendeliane. Esempi di ereditarietà di alcuni tratti umani sono mostrati nella Tabella 1.

Il fatto che i bambini siano simili ai loro genitori in un modo o nell'altro indica che tali caratteristiche sono ereditarie.

La distribuzione delle caratteristiche parentali nella prole dipende dalla distribuzione dei cromosomi parentali nella meiosi e dalla loro successiva combinazione a coppie nello zigote durante la fecondazione. I cromosomi sessuali contengono geni che determinano non solo il sesso, ma anche altre caratteristiche del corpo, chiamate legate al sesso.

Ereditarietà di alcune caratteristiche umane La trasmissione dei geni situati sui cromosomi sessuali e l'ereditarietà dei tratti controllati da questi geni sono chiamati eredità legata al sesso.

I cromosomi sessuali possono contenere geni che non sono correlati alle caratteristiche sessuali. Ci sono soprattutto molti di questi geni sul cromosoma X. In confronto, il cromosoma Y è geneticamente inerte. La maggior parte dei geni sul cromosoma X non sono rappresentati sul cromosoma Y. Pertanto, l'ereditarietà dei caratteri legati al sesso di un individuo può rappresentarsi diversamente negli uomini e nelle donne, negli individui femminili e maschili del mondo animale.

Ad esempio, la colorazione tartarugata dei gatti (alternanza di macchie nere e rosse) si riscontra solo nelle femmine. Questo fatto non ha potuto essere spiegato per molto tempo fino a quando non si è saputo che il gene B - colore nero e il gene b - colore rosso si trovano sui cromosomi X. Questi geni sono assenti sul cromosoma Y. Poiché un maschio ha un solo cromosoma X, il gatto può essere nero o rosso, ma non avrà una colorazione tartarugata, perché per il suo sviluppo è necessaria la presenza simultanea di entrambi i geni - B e b - nel corpo.

Chiamiamo XB il cromosoma X che porta il gene dominante B e Xb il cromosoma X che porta il gene recessivo L. Secondo le leggi dell'ereditarietà, sono possibili le seguenti combinazioni di coppie di geni nei cromosomi e dei loro fenotipi: XB XB - gatto nero; Хb X b - gatto rosso; Xb X b - gatto tartarugato; X B Y - gatto nero; Xb Y - gatto rosso.

Esistono tre tipi di ereditarietà legata al sesso: ereditarietà che utilizza geni localizzati sul cromosoma X; ereditarietà dovuta alla presenza di alleli degli stessi geni sui cromosomi X e Y; ereditarietà osservata quando alcuni geni sono presenti solo sul cromosoma Y.

Lo studio dell'eredità legata al sesso e del meccanismo di trasmissione dei caratteri è molto importante per aumentare la vitalità degli organismi viventi, per il lavoro degli allevatori, nonché per chiarire le cause delle malattie ereditarie causate da cambiamenti nel materiale ereditario dei organismo.

1. Come determinare il sesso di un futuro organismo?

2*. Costruisci un'affermazione corretta.

Il numero totale, la dimensione e la forma dei cromosomi di qualsiasi tipo di organismo vivente è chiamato:

a) genotipo;

b) cromosoma X;

c) cromosoma Y;

d) cariotipo.

3*. Includi la parola mancante nella frase.

Tutti i cromosomi che sono identici nell'aspetto nelle cellule degli organismi dioici, tranne..., sono chiamati autosomi.

4. Quanti cromosomi ci sono nelle cellule umane?

§ 24 Variabilità ereditaria In natura è difficile trovare due individui assolutamente identici, anche nella progenie della stessa coppia di genitori. Come già sapete, la proprietà degli organismi di esistere in forme o stati diversi si chiama variabilità.

La variabilità è una proprietà comune a tutti gli organismi. Si manifesta in loro in una serie di segni. Ad esempio, anche due piante della stessa specie che crescono nelle vicinanze differiscono nel numero di germogli e frutti, nelle dimensioni delle foglie e in altre proprietà. Tuttavia, semplici osservazioni non possono sempre determinare se la variabilità è il risultato di un disturbo genotipico (determinato ereditariamente) o se non è causata da un disturbo genotipico. Ciò può essere stabilito solo attraverso l'esperimento (ad esempio incrociando).

Qualsiasi segno è un risultato visibile dell'implementazione dell'ereditarietà (genotipo) in determinate condizioni. Pertanto, i segni dipendono, da un lato, dalle caratteristiche genetiche dell'organismo e, dall'altro, dalle sue condizioni di vita.

Di conseguenza, la variabilità riflette la relazione dell'organismo con l'ambiente e influenza tutte le sue caratteristiche e strutture genetiche: geni, cromosomi e il genotipo nel suo insieme.

L'ambiente influenza continuamente il corpo, modificando, indebolendo o rafforzando la manifestazione delle sue caratteristiche ereditarie. Allo stesso tempo, durante il processo di riproduzione, gli organismi originari producono sempre prole simile a loro, realizzando la continuità della vita secondo il principio “cellula per cellula”, cioè

“il simile genera simile”. I figli di una coppia di gatti sono sempre gatti, così come i figli di un'alga unicellulare, la Chlorella, saranno sempre clorella. Ereditando le proprietà dei genitori, le somiglianze con loro vengono trasmesse alla prole.

Tuttavia, la prole eredita solo il materiale genetico concentrato nei cromosomi. Pertanto, i bambini ereditano dai loro genitori non tratti e proprietà, ma geni che controllano questi tratti e proprietà. Inoltre, i geni stessi (e i cromosomi) subiscono una serie di cambiamenti durante il processo di meiosi e la vita di un individuo, causati da:

l'azione dell'eredità collegata dei tratti, nonché dell'eredità legata al sesso; localizzazione dei geni nei cromosomi; dominanza dei geni allelici, ecc.

Ciò porta al fatto che la prole sviluppa proprietà che i genitori e i loro antenati non avevano. La variabilità che ne deriva garantisce la dissomiglianza tra prole e genitori.

La variazione che appare dovuta a cambiamenti nel materiale genetico è chiamata ereditaria o genotipica.

Uno dei risultati della variabilità ereditaria è la formazione di nuovi organismi (nuovi genotipi), garantendo la diversità della vita, la sua continuazione e lo sviluppo evolutivo.

La variabilità genotipica è ampiamente rappresentata in natura. A volte si tratta di cambiamenti molto grandi, manifestati, ad esempio, nei segni di doppiezza nei fiori, zampe corte negli animali (pecore, polli), ma più spesso si tratta di piccole deviazioni appena percettibili dalla norma.

Un cambiamento nel genotipo porta solitamente ad un cambiamento nel fenotipo.

La variabilità genotipica (ereditaria) si basa solitamente su nuove combinazioni di alleli formate durante la meiosi, la fecondazione o la mutazione. Pertanto, la variabilità ereditaria (genotipica) è divisa in due tipi: combinativa e mutazionale. In entrambi i casi, la struttura del gene e la struttura dei cromosomi vengono alterate, cioè la sequenza dei nucleotidi nel DNA, il numero dei cromosomi cambia e anche le coppie di alleli dei geni vengono divise; in altre parole, il genotipo cambia. Tutto ciò porta all'emergere di nuove caratteristiche ereditarie.

La variabilità combinatoria è il risultato della ridistribuzione del materiale ereditario dei genitori tra i loro discendenti. La ricombinazione, o ricombinazione, di geni e cromosomi avviene solitamente durante la meiosi (durante il processo di crossover, durante la divergenza dei cromosomi omologhi) e durante la fecondazione.

La variabilità ereditaria combinata è una proprietà universale: cambiamenti mutazionali nella forma delle ali, nel colore del corpo, negli occhi, nonché in molte caratteristiche fisiologiche (aspettativa di vita, fertilità, resistenza a fattori dannosi, ecc.).

La maggior parte delle mutazioni sono neutre, ma ci sono mutazioni dannose per l'organismo, alcune (letali) ne causano addirittura la morte. Molto raramente si verificano mutazioni benefiche per il corpo che migliorano alcune proprietà di un individuo, ma sono loro, fissate nella prole, che gli conferiscono alcuni vantaggi nella selezione naturale rispetto ad altri.

La variabilità genotipica è inerente a tutti gli organismi viventi. È la principale fonte di diversità genetica degli individui all'interno di una specie, che determina l'evoluzione delle specie in natura e la selezione delle forme migliori nell'allevamento.

Un importante modello di variabilità ereditaria è stato identificato da un eccezionale scienziato russo: botanico, genetista e allevatore, N.I. Vavilov. Ha scoperto che dai cambiamenti ereditari in una specie si possono prevedere cambiamenti simili in specie simili e persino in generi simili.

Il modello da lui scoperto è chiamato legge delle serie omologiche nella variabilità ereditaria o legge di Vavilov.

Studiando la variabilità dei caratteri in numerose specie e generi della famiglia dei cereali, Vavilov scoprì che nelle specie e nei generi di cereali strettamente imparentati il ​​processo di variabilità ereditaria procede parallelamente ed è accompagnato dalla comparsa di caratteri simili con tale accuratezza che, conoscendo un certo numero di forme in una specie, è possibile prevedere la comparsa di forme simili e in altre specie e generi correlati.

Questo modello è stato osservato chiaramente anche nei legumi, nella zucca, nella belladonna, nelle crocifere e in altre specie. È risultato che serie simili di variabilità ereditaria si riscontrano anche a livello di famiglie imparentate (Tabella 2).

Variabilità dei caratteri ereditari nei rappresentanti della famiglia delle leguminose Caratteri ereditari Colore del fiore:

viola N.I. Vavilov scrive: “Intere famiglie di piante sono generalmente caratterizzate da un certo ciclo di variabilità che attraversa tutti i generi che compongono la famiglia”.

La base teorica per stabilire una serie di variabilità dei tratti è l'idea dell'unità di origine di specie imparentate da antenati comuni che possedevano un certo insieme di geni che appaiono (o dovrebbero apparire) nei discendenti di generi e specie diversi. Le ricerche di Vavilov riguardarono direttamente le piante, ma la legge delle serie omogenee della variabilità ereditaria da lui formulata si rivelò applicabile agli animali.

1. Nominare la causa della variabilità ereditaria.

2*. Spiegare il ruolo della variabilità genotipica nella natura vivente.

3. In ogni riga, tre termini sono interconnessi in un certo modo. Indicare le loro caratteristiche generali e definire un quarto termine che non sia correlato ad essi.

a) Gene, variabilità, genotipo, ereditarietà.

b) Fenotipo, tratto, gene, mutazione.

c) Variabilità combinatoria, mutageno, mutazione, variabilità genotipica.

§ 25 Altri tipi di variabilità In base ai meccanismi di insorgenza e alla natura dei cambiamenti nelle caratteristiche, oltre a quella ereditaria (genotipica), si distinguono altri due tipi di variabilità: modificazione e ontogenetica.

Variabilità della modifica. La variazione che si verifica senza cambiamenti nel genotipo è chiamata modifica (dal latino modus - "misura", "tipo" e facio - "io faccio") o non ereditaria (fenotipica).

La variabilità della modifica si manifesta nelle modifiche: cambiamenti nelle caratteristiche di un organismo (il suo fenotipo) sotto l'influenza di fattori ambientali.

Non è associato ad un cambiamento nel genotipo, ma è determinato da esso. Le influenze esterne possono causare cambiamenti in un individuo che possono essere dannosi, indifferenti o benefici per lui - adattamenti adattivi (lat. adattatio - "adattamento", "adattamento"). Tuttavia, tutte le modifiche sono di natura relativa, agiscono solo in condizioni specifiche e non si conservano in altre condizioni, poiché non sono fissate nel genotipo e non sono ereditate.

Le modifiche compaiono durante tutta la vita di un organismo, permettendogli di esistere in condizioni ambientali specifiche.

Gli adattamenti modificativi non vengono ereditati.

Qualsiasi coppia di organismi della stessa specie è sempre leggermente diversa l'una dall'altra. In una foresta, ai margini della foresta, in una radura o in un campo vicino, le piante in crescita della stessa specie differiscono l'una dall'altra (per dimensioni, velocità di crescita, forma della corona, infiorescenze, ecc.) perché si sviluppano in ambienti ambientali disuguali. condizioni: ricevono quantità disuguali di luce e acqua, sostanze minerali, entrano in contatto con diverse composizioni di specie vicine. La stessa immagine è tipica per gli individui di funghi, animali e tutti gli altri organismi.

Anche le foglie di una stessa pianta hanno proprietà anatomiche, fisiologiche e morfologiche diverse. Ad esempio, nei lillà, sul lato soleggiato del cespuglio, le foglie hanno una struttura leggera, e nella profondità della corona e sul lato ombreggiato hanno una struttura ombreggiata (Fig. 34). Nella Vallisneria, nella punta di freccia, nel ranuncolo acquatico e in molte altre piante acquatiche, le foglie sott'acqua e sopra l'acqua hanno aspetti e strutture interne di tessuti e cellule diversi (Fig. 35).

Esistono molti esempi di variabilità delle modifiche. Mostrano che anche gli organismi con lo stesso genotipo, ma cresciuti in condizioni diverse, differiscono sempre l'uno dall'altro nella manifestazione delle caratteristiche, cioè fenotipicamente. Tali caratteristiche non sono ereditarie poiché non sono fissate nel genotipo.

Le modifiche osservate nel vernacolo Bonellia, ovvero cambiamenti nella forma delle foglie in punta di freccia, lilla, nonché un aumento della produzione di latte con abbondante alimentazione delle mucche, una maggiore ramificazione dei germogli durante la potatura dei germogli apicali, un miglioramento della salute con l'uso di vitamine e molti esempi simili di natura quantitativa si manifestano in modo simile in tutti gli individui di ciascuna specie. Pertanto, la variabilità della modificazione è anche chiamata gruppo (massa) o specifica. Questi termini furono introdotti da Charles Darwin. Notò che una certa variabilità si osserva nei casi in cui tutti gli individui di una data razza, o varietà, o specie, sotto l'influenza di una certa causa, cambiano allo stesso modo in una direzione.

Norma di reazione. La variabilità della modificazione ha confini, o limiti, abbastanza rigidi per la manifestazione di un tratto, determinati dalla proprietà genotipica dell'individuo. I limiti della variabilità della modificazione delle caratteristiche di un organismo sono chiamati norma di reazione. La norma di reazione caratterizza la capacità degli organismi di una determinata specie di reagire (all'interno del genotipo) al cambiamento delle condizioni e la possibilità che i sintomi si manifestino in determinate condizioni specifiche in modo speciale. Alcuni tratti (ad esempio, produzione di uova, produzione di latte, accumulo di grasso, peso e crescita degli organismi), cioè tratti di natura quantitativa, hanno una velocità di reazione molto ampia, altri (colore del pelo, semi, forma delle foglie, dimensione e forma di uova), cioè le caratteristiche qualitative sono molto ristrette. I limiti della norma di reazione sono determinati dal genotipo.

La quaglia giapponese addomesticata depone le uova, il cui peso medio è di 10 g.

esposizione ai raggi UV, l'abbronzatura scompare gradualmente. In alcuni pesci si verificano cambiamenti di sesso in senso opposto e posteriore e talvolta questo processo richiede solo pochi minuti (ad esempio nei posatoi Seranus). Nella maggior parte dei casi, le modificazioni sono instabili e scompaiono non appena cessa l'azione dei fattori che le hanno provocate, ma danno agli individui l'opportunità di sopravvivere in specifiche condizioni mutate.

Le modifiche sono reazioni adattative non ereditarie del corpo (e delle cellule) ai cambiamenti delle condizioni ambientali.

La base della variabilità della modificazione è il fenotipo come risultato dell'interazione del genotipo e delle condizioni esterne. Pertanto, questo tipo di variabilità è anche chiamata fenotipica.

Il significato della variabilità della modifica è stato ben espresso da uno scienziato domestico che ha studiato questioni evolutive - I.I. Schmalhausen: "La modifica adattiva (adattiva) è il primo test di una reazione, con l'aiuto del quale il corpo, per così dire, verifica la possibilità di sostituire e utilizzare con maggiore successo l'ambiente."

Il ruolo della variabilità delle modifiche in natura è grande, poiché fornisce agli organismi l'opportunità di adattarsi (adattarsi) alle mutevoli condizioni ambientali durante la loro ontogenesi.

Variabilità ontogenetica. La variabilità ontogenetica, o legata all’età, si riferisce ai cambiamenti naturali in un organismo che si verificano durante il suo sviluppo individuale (ontogenesi). Con tale variabilità il genotipo rimane invariato, pertanto è classificato come non ereditario. Tuttavia, tutti i cambiamenti ontogenetici sono predeterminati da proprietà ereditarie (genotipo), che spesso cambiano durante l'ontogenesi. Di conseguenza, nel genotipo compaiono nuove proprietà. Ciò avvicina la variabilità ontogenetica a quella ereditaria. Pertanto, la variabilità ontogenetica occupa una posizione intermedia tra la variabilità ereditaria e quella non ereditaria (Tabella 3).

Tipi di variabilità Tutti i tipi di variabilità sono di grande importanza nella vita degli organismi.

La variabilità, cioè la capacità degli organismi di esistere in diverse variazioni, sotto forma di individui con proprietà diverse, è uno dei fattori più importanti della vita, garantendo l'adattabilità degli organismi (popolazioni e specie) alle mutevoli condizioni di esistenza e determinando la evoluzione delle specie.

1. È possibile trasformare i gatti a pelo corto in gatti a pelo lungo migliorando le condizioni di alimentazione?

2*. Spiegare il ruolo delle norme di reazione nella vita di un individuo e di una specie. 3. In ogni riga, tre termini sono correlati in un certo modo. Indicare le loro caratteristiche generali e definire un quarto termine che non sia correlato ad essi.

Modificazione, fenotipica, mutazionale, specifica (variabilità).

Ontogenetico, ereditario, non ereditario, adattativo (variabilità).

Lavoro di laboratorio n. 4 (vedi Appendice, p. 231).

§ 26 Malattie ereditarie legate al sesso Nella genetica medica esistono circa 3000 malattie ereditarie e anomalie (deformità) Lo studio e l'eventuale prevenzione delle conseguenze dei difetti genetici umani sono molto importanti per la preservazione della specie. Attualmente, circa il 4% dei neonati soffre di difetti genetici. Si ritiene che circa un gamete umano su 10 contenga informazioni errate a causa della mutazione. I gameti con errori nel materiale genetico causano aborti o nati morti.

Tutte le malattie ereditarie possono essere divise in due grandi gruppi:

malattie associate a mutazioni genetiche e malattie associate a mutazioni cromosomiche.

Malattie e anomalie genetiche. Questi includono condizioni patologiche del corpo che si presentano a seguito di una mutazione in un gene. Ad esempio, una violazione della replicazione del DNA porta a un cambiamento nell'alternanza delle coppie di nucleotidi, che a sua volta causa "errori" metabolici.

Molte anomalie e malattie congenite (con le quali un individuo nasce) sono causate da disturbi nei geni localizzati sul cromosoma X o Y. In questi casi si parla di eredità legata al sesso. Ad esempio, un'anomalia come il daltonismo (l'incapacità di distinguere tra i colori rosso e verde) è causata da un gene situato sul cromosoma X.

Negli esseri umani, uno dei geni sul cromosoma X è responsabile della visione dei colori. L'allele recessivo non garantisce lo sviluppo della retina necessario per distinguere i colori rosso e verde. Un uomo che porta un gene così recessivo sul cromosoma X soffre di daltonismo, cioè distingue il giallo e il blu, ma il verde e il rosso gli sembrano uguali. Il daltonismo non si trasmette per via maschile, poiché gli uomini daltonici ricevono il cromosoma X dalla madre, portatrice del gene difettoso (Fig. 37). Una donna può essere daltonica solo se il padre è daltonico e la madre è portatrice di questo gene recessivo.

Legate al sesso (i geni si trovano sul cromosoma X), si ereditano anche diversi tipi di emofilia, in cui il sangue non si coagula e una persona può morire per perdita di sangue anche con un piccolo graffio o taglio.

Questa malattia si verifica negli uomini le cui madri, essendo sane, sono portatrici del gene dell'emofilia recessiva.

È stato stabilito che l'emofilia è causata da un gene recessivo situato sul cromosoma X, pertanto le donne eterozigoti per questo gene hanno una normale coagulazione del sangue. Nel matrimonio con un uomo sano (non emofiliaco! una donna trasmette a metà dei suoi figli un cromosoma X con il gene per la normale coagulazione del sangue, e a metà un cromosoma X con il gene per l'emofilia. Inoltre, le sue figlie hanno normale coagulazione del sangue, ma la metà di loro potrebbe essere portatrice del gene dell'emofilia, che in futuro influenzerà i discendenti maschi.

L'ereditarietà dell'emofilia è stata ben studiata tra i discendenti delle famiglie reali europee. La distribuzione dell'emofilia in queste famiglie è presentata nella Figura 38.

Malattie cromosomiche. Questo tipo di malattia ereditaria è associata a cambiamenti nel numero o nella struttura dei cromosomi. Nella maggior parte dei casi, questi cambiamenti non vengono trasmessi da genitori malati, ma si verificano quando si verificano disturbi nella divergenza dei cromosomi durante la meiosi, quando si formano i gameti o quando si verificano disturbi nella mitosi nello zigote in diversi stadi di scissione.

Tra le malattie cromosomiche (autosomiche), la malattia di Down è stata studiata più in dettaglio. Questa malattia è associata alla non disgiunzione durante la divisione del 21° cromosoma. Come risultato di questa anomalia, le cellule embrionali hanno 47 cromosomi invece dei soliti 46 dell'uomo, mentre il cromosoma 21 non appare in quantità doppia, ma tripla (trisomia).

I segni tipici dei pazienti con sindrome di Down sono un ampio ponte del naso, occhi a mandorla con una piega speciale della palpebra, una bocca sempre aperta con una lingua grande e un ritardo mentale. Circa la metà di loro ha difetti cardiaci. La sindrome di Down è abbastanza comune. Tuttavia, tali bambini nascono raramente da giovani madri (sotto i 25 anni) (0,03-0,04% dei neonati) e tra le donne di età superiore ai 40 anni quasi il 2% dei bambini nasce con la sindrome di Down.

AGENZIA FEDERALE FORESTALE DELLA FILIALE RF ULYANOVSK DI FSUE ROSLESINFORG REGOLAMENTO FORESTALE DI RADISCHEVSKY FORESTALE DEL MINISTERO DELLE FORESTE, GESTIONE AMBIENTALE ED ECOLOGIA DELLA REGIONE DI ULYANOVSK Direttore R.M. L'ingegnere capo Gareev N.I. Starkov Ulyanovsk 2012 3 INDICE N. Sezione Nome della pagina Introduzione Capitolo 1 Informazioni generali Breve descrizione della silvicoltura 1.1. Distribuzione del territorio forestale per comune 1.2. formazioni Localizzazione della selvicoltura 1.3....."

"Ostroumov S.A. Concetti di ecologia: ecosistema, biogeocenosi, confini degli ecosistemi: ricerca di nuove definizioni // Bollettino dell'Università statale di Mosca. Episodio 16. Biologia. 2003. N. 3. P.43-50. Tavolo Ris. in inglese. lingua Bibliografia 44 titoli [Nuovo interpretazione, nuova opzioni di definizione. Le differenze tra le nuove definizioni e quelle precedentemente esistenti sono elencate e giustificate. Si propone di distinguere 2 tipi di incertezza dei confini dell'ecosistema (pp. 46-48). È stato formulato un nuovo concetto di struttura spaziale a due zone (a due circuiti)...”

"D. B. Kazansky, L. A. Pobezinsky, T. S. Tereshchenko MOTIVI NELLA STRUTTURA PRIMARIA DELLE MOLECOLE MHC DI CLASSE I E LORO UTILIZZO PER LA CREAZIONE DI LEGANTI SINTETICI DI RECETTORI CELLULARI Istituto statale Centro scientifico oncologico russo intitolato a N. N. Blokhin RAMS, Mosca, 115478, autostrada Kashirskoe, 24 In questo lavoro abbiamo tentato di descrivere l’enorme varietà di forme alleliche delle molecole del complesso maggiore di istocompatibilità (MHC) di classe I dei mammiferi sotto forma di un’unica formula,...”

“sam”), secondo gli autori moderni, un disturbo neurobiologico complesso, un grave disturbo mentale, una forma estrema di autoisolamento, derivante da un disturbo dello sviluppo cerebrale. Nel 1943, il dottor Leo Kaner del Johns Hopkins Hospital descrisse per primo questa malattia e le diede il nome di “autismo”. Quasi contemporaneamente a lui..."

“Bollettino della MSTU, volume 15, n. 4, 2012 pp. 739-748 UDC 551.46 (268.41) Per valutare la conoscenza oceanologica di Barents e White Seas S.L. Istituto biologico marino Dzhenyuk Murmansk KSC RAS ​​Abstract. Vengono fornite le caratteristiche dell'attuale livello di conoscenza delle caratteristiche oceaniche e degli indicatori dello stato degli ecosistemi del Barents e del Mar Bianco. Viene proposto un approccio metodologico per valutare il livello di conoscenza del regime oceanologico e idrobiologico, basato su una descrizione statistica dell'ambiente studiato..."

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“AGENZIA FEDERALE FORESTALE DELLA FILIALE RF ULYANOVSK DI FSUE ROSLESINFORG REGOLAMENTO FORESTALE DEL MINISTERO FORESTALE DI SURSK MINISTERO DELLE FORESTE, GESTIONE AMBIENTALE ED ECOLOGIA DELLA REGIONE DI ULYANOVSK Direttore R.M. L'ingegnere capo Gareev N.I. Starkov Ulyanovsk 2012 3 INDICE N. Sezione Nome della pagina Introduzione Capitolo 1 Informazioni generali Breve descrizione della silvicoltura 1.1. Distribuzione del territorio forestale per comune 1.2. formazioni Localizzazione della selvicoltura 1.3....."

“UDC 581.151+582.28-19(470.5+571.1/.5)+504.5+504.7 A. G. Shiryaev CAMBIAMENTI NEL MICOBIOTA DELLA REGIONE URAL-SIBERIANA IN CONDIZIONI DI RISCALDAMENTO GLOBALE E IMPATTO ANTROPOGENICO Un'analisi di studi a lungo termine sui cambiamenti nel micobiota è stata intraprese nella regione degli Urali-Siberiani in condizioni di riscaldamento globale e di impatto antropico associato. La tendenza principale è l’arricchimento del proprio micobiota con specie provenienti da altre aree geografiche, l’ampliamento dell’areale di alcune specie meridionali verso il nord...”

"FHPP per controllore motore CMMP-AS-.-M3 Descrizione Profilo sviluppato da Festo per sistemi di movimento e posizionamento basati su bus di campo: – CANopen – PROFINET – Profibus – EtherNet/IP – DeviceNet – EtherCAT con interfaccia: – CAMC-F-PN – CAMC-PB – CAMC-F-EP – CAMC-DN – CAMC-EC per controllore motore CMMP-AS-.-M 1205NH CMMP-AS-.-M Traduzione delle istruzioni per l'uso originali GDCP-CMMP-M3-C-HP - RU CANopen®, PROFINET®, Profibus®, EtherNet/IP®, STEP 7®, DeviceNet®, EtherCAT®, TwinCAT®,..."

“Ministero delle Risorse Naturali e della Protezione Ambientale della Repubblica dei Komi Istituzione statale della Repubblica dei Komi Fondo territoriale di informazione sulle risorse naturali e della protezione ambientale della Repubblica dei Komi RAPPORTO STATALE SULLO STATO DELL'AMBIENTE DELLA REPUBBLICA DEI KOMI NEL 2012 Syktyvkar 2013 LO STATO IL RAPPORTO COMPIE 20 ANNI Cari lettori! Nelle tue mani c'è l'edizione anniversario del Rapporto statale sullo stato dell'ambiente della Repubblica di Komi. La prima pubblicazione del rapporto è stata...”

“AGENZIA FEDERALE FORESTALE DELLA RF REGOLAMENTO FORESTALE DI SURSK MINISTERO DELLE FORESTE, DELLA GESTIONE DELLA NATURA E DELL'ECOLOGIA DELLA REGIONE DI ULYANOVSK Direttore R.M.Gareev Ingegnere capo N.I.Starkov Ulyanovsk 2012 2 3 LEGENDA SODER N. Sezione Nome della pagina Introduzione Capitolo 1 Informazioni generali 1.1. Caratteristiche sintetiche del distretto forestale Distribuzione del territorio del distretto forestale per comuni 1.2. formazioni 1.3. Ubicazione del distretto forestale Distribuzione delle foreste del distretto forestale per...”

“www.ctege.info La cellula C5 come sistema biologico 2.1. La teoria cellulare, le sue principali disposizioni, il ruolo nella formazione del moderno quadro scientifico del mondo. Sviluppo della conoscenza sulla cellula. La struttura cellulare degli organismi, la somiglianza della struttura delle cellule di tutti gli organismi è la base dell'unità del mondo organico, prova dell'affinità della natura vivente Termini e concetti di base testati nella prova d'esame: l'unità degli mondo organico, cellula, teoria cellulare, disposizioni della teoria cellulare. Noi già..."

“G.G. Goncharenko, A.V. Kruk FONDAMENTI DI BIOTECNOLOGIE 3’ 5’ CG TA GC AT GC GC TA TA TA CG TA 3’ 5’ Gomel 2005 MINISTERO DELL’ISTRUZIONE DELLA REPUBBLICA DI BIELORUSSIA Istituzione educativa Università statale di Gomel intitolata a Francis Skaryna G.G. Goncharenko, A.V. Kruk FONDAMENTI DI BIOTECNOLOGIA Testi di lezioni per studenti di specialità I – 31 01 01 – Biologia (attività scientifiche e pedagogiche) Gomel UDC 60 (075.8) BBK 30. 16 I G Revisori: L.I. Korochkin, membro corrispondente. RAS, Dottore in Scienze Mediche B.A....."

“Ministero della Sanità e dello Sviluppo Sociale della Federazione Russa Istituzione statale federale Centro scientifico di ostetricia, ginecologia e perinatologia da cui prende il nome. IN E. Kulakova Società russa di ostetrici e ginecologi Associazione di patologia cervicale e colposcopia Società russa di contraccezione Operatore del congresso JSC MEDI Expo Congresso panrusso Ambulatorio - nuovi orizzonti Raccolta di abstract Mosca 29 marzo - 2 aprile 2010 Congresso panrusso Pratica ambulatoriale e policlinica: nuovi orizzonti..."

“uno specialista certificato nella direzione 656600 Protezione ambientale, specialità 280201 Protezione ambientale e uso razionale delle risorse naturali forme di studio a tempo pieno e part-time SYKTYVKAR 2007 AGENZIA FEDERALE PER L'ISTRUZIONE ISTITUTO FORESTALE SYKTYVKAR – FILIALE DELL'ISTITUTO EDUCATIVO STATALE... "

“Aprile 2014 COFO/2014/6.3 R COMITATO FORESTALE VENTIDUESIMA SESSIONE Roma, Italia, 23-27 giugno 2014 LINEE GUIDA VOLONTARI PER IL MONITORAGGIO FORESTALE NAZIONALE I. INTRODUZIONE Il monitoraggio forestale è diventato un elemento chiave della 1. normativa nazionale e internazionale processi per le questioni ambientali e di sviluppo. Le informazioni fornite nell’ambito delle attività di monitoraggio delle risorse forestali sono 2. importanti per molti accordi internazionali...”

“Serie PROBLEMI E CONTRADDIZIONI IN NEONATOLOGIA GASTROENTEROLOGIA E NUTRIZIONE 978-5-98657-036-5 EMATOLOGIA, IMMUNOLOGIA E MALATTIE INFETTIVE 978-5-98657-037-2 EMODINAMICA E CARDIOLOGIA 978-5-98657 -038-9 POLMONI DEI NEONATI 97 8 - 5-98657-039-6 NEUROLOGIA 978-5-98657-041-9 NEFROLOGIA E METABOLISMO ACQUA-ELETTROLITI 978-5-98657-040-2 Gastroenterologia e nutrizione Neonatologia Domande e controversie Josef Neu, MD Professore di Pediatria Università della Florida Facoltà di Medicina Gainesville, Florida..."

“D.V. Bokhanov, D.L. Laio, A.R. Moiseev, K.M. Sokolov VALUTAZIONE DELLE MINACCE ALL'ECOSISTEMA MARINO ARTICO associato alla pesca industriale, usando l'esempio del Mare di Barents UDC 574.5 (268.45) BBK 28.082 O-93 D.V. Bokhanov (Fondo Mondiale per la Natura) D.L. Laius (Università statale di San Pietroburgo) A.R. Moiseev (Fondo mondiale per la fauna selvatica) K.M. Sokolov (Istituto di ricerca polare sulla pesca e sull'oceanografia) Valutazione delle minacce all'ecosistema marino artico associate all'attività industriale..."

“www.ctege.info B8 Sezione 2 La cellula come sistema biologico 2.1. La teoria cellulare, le sue principali disposizioni, il ruolo nella formazione del moderno quadro scientifico del mondo. Sviluppo della conoscenza sulla cellula. La struttura cellulare degli organismi, la somiglianza della struttura delle cellule di tutti gli organismi è la base dell'unità del mondo organico, prova dell'affinità della natura vivente Termini e concetti di base testati nella prova d'esame: l'unità degli mondo organico, cellula, teoria cellulare, disposizioni della teoria cellulare. Noi..."

Formazione di cellule germinali. Meiosi

Ricordare

l'importanza della riproduzione sessuale degli organismi in natura;

il ruolo delle cellule germinali nella riproduzione sessuale.

La meiosi è un tipo speciale di divisione cellulare. Il nucleo delle cellule somatiche (del corpo) degli eucarioti contiene due serie di cromosomi identici, uno di entrambi i genitori. Tali cellule sono chiamate diploidi (diploos greco - "doppio" ed eidos - "specie").

Due genitori partecipano alla riproduzione sessuale. I gameti – maschili e femminili – svolgono un ruolo importante in questo processo.

cellule sessuali. Attraverso le informazioni ereditarie in essi contenute, trasmettono le proprietà di un certo tipo di organismo dai genitori ai discendenti. In questo modo è assicurata la continuità delle generazioni e la continuità dell'esistenza delle specie.

Il numero di cromosomi in ciascuna specie rimane costante durante la riproduzione sessuale. Ciò è dovuto al fatto che le cellule sessuali si formano attraverso una divisione speciale. Grazie ad esso, non due, ma solo un set di cromosomi entra nel nucleo di ciascun gamete. La riduzione del numero di cromosomi nel nucleo si chiama riduzione (dal latino reducere - "riportare", "ritornare"). Le cellule con un singolo set di cromosomi sono chiamate aploidi (greco haploos - "semplice", "singolo" ed eidos - "specie"). L'insieme aploide è solitamente indicato come N, e diploide - 2 N.

Il processo di divisione cellulare, a seguito del quale nel nucleo delle cellule figlie appare la metà del numero di cromosomi, è chiamato meiosi (meiosi greca - "riduzione"). Come risultato della fecondazione (la fusione dei gameti maschili e femminili), si forma uno zigote, la prima cellula del futuro organismo. L'incontro dei gameti dei genitori durante la fecondazione è casuale. Lo zigote combina le informazioni ereditarie ricevute dai genitori e ripristina l'insieme diploide dei cromosomi.

Ad esempio, negli esseri umani, ciascuna cellula riproduttiva (sia spermatozoo che uovo) contiene normalmente 23 cromosomi. Durante la formazione dello zigote, il nucleo delle cellule germinali si fondono e i loro cromosomi sono combinati a coppie. Pertanto, lo zigote ha 46 cromosomi. I cromosomi che formano coppie tra loro sono detti omologhi (Greco homoios - "simile", "identico").

La meiosi, o divisione di riduzione, è una combinazione di due fasi uniche della divisione cellulare che si susseguono senza interruzione. Si chiamano meiosi I (prima divisione) e meiosi II (seconda divisione). Ogni fase ha diverse fasi. I nomi delle fasi sono gli stessi delle fasi della mitosi. Le interfasi si osservano prima delle divisioni. Ma la duplicazione del DNA nella meiosi avviene solo prima della prima divisione.

Nell'interfase che precede la prima divisione della meiosi, si verifica un aumento delle dimensioni delle cellule, il raddoppio degli organelli e il raddoppio del DNA nei cromosomi.

Prima divisione della meiosi. La meiosi I inizia con la profase I, durante la quale i cromosomi duplicati (costituiti da due cromatidi) sono chiaramente visibili al microscopio ottico. In questa fase i cromosomi identici (omologhi), ma originati dai nuclei dei gameti paterni e materni, si avvicinano tra loro. I centromeri (restrizioni) dei cromosomi omologhi si trovano nelle vicinanze e si comportano come una singola unità, tenendo insieme i quattro cromatidi. Tali cromosomi duplicati omologhi interconnessi chiamato coppia o bivalente

I cromosomi omologhi che compongono il bivalente sono strettamente collegati tra loro in determinati punti. In questo caso, può verificarsi uno scambio di sezioni di filamenti di DNA, a seguito del quale si formano nuove combinazioni di geni nei cromosomi. Questo processo è chiamato crossover (inglese crxtssingover - "crossover". Il crossover può portare alla ricombinazione di sezioni piccole o grandi di cromosomi omologhi con diversi geni.

Grazie al crossover, le cellule germinali contengono cromosomi con proprietà ereditarie diverse rispetto ai cromosomi dei gameti genitori.

Il fenomeno del crossover è di fondamentale importanza biologica, poiché aumenta la diversità genetica della prole.

Nella metafase I i bivalenti si trovano nella parte equatoriale della cellula. Quindi, nell'anafase I, i cromosomi omologhi divergono verso i poli opposti della cellula. La telofase I completa la prima divisione della meiosi, dando luogo alla formazione di due cellule figlie. Ogni cromosoma in essi rimane ancora raddoppiato (cioè è costituito da due cromatidi fratelli).

Dopo. La telofase I inizia la seconda ipterfase. Ci vuole un tempo molto breve, poiché in esso non avviene la sintesi del DNA.

Seconda divisione della meiosi. La meiosi II inizia con la profase II. Le due cellule figlie che nascono nella telofase I iniziano la divisione simile alla mitosi: i nucleoli e le membrane nucleari vengono distrutti, appaiono i filamenti del fuso, con un'estremità attaccata ai centromeri. Nella metafase II i cromosomi si allineano lungo l’equatore del fuso. Nell’anafase II i centromeri si dividono e i cromatidi si spostano verso i poli della cellula.

Nella telofase II, attorno al nucleo si forma una membrana nucleare, che ora contiene un singolo set (aploide) di cromosomi, e avviene la separazione del citoplasma. Il processo di riduzione della formazione delle cellule germinali termina con la creazione di quattro cellule aploidi: i gameti.

Come risultato della meiosi, una cellula produce quattro cellule con un set di cromosomi aploidi.

Il processo di formazione delle cellule germinali maschili (spermatozoi) è chiamato spermatogenesi (in greco spermatos - "seme" e genesi - "emergenza", "origine"), cellule germinali femminili (uova) - oogenesi.

La meiosi si verifica nei cicli vitali di molti organismi ed è di grande importanza nel mondo vivente. Il processo di meiosi (al contrario della mitosi) produce cellule figlie che contengono la metà dei cromosomi delle cellule madri. Tuttavia, grazie all'interazione dei cromosomi originati dal padre e dalla madre, la prole acquisisce caratteristiche qualitativamente nuove e uniche causate dalla ricombinazione dei geni nei cromosomi. L'emergere di molte nuove combinazioni genetiche aumenta la capacità di una specie di sviluppare adattamenti alle mutevoli condizioni ambientali, che svolgono un ruolo importante nell'evoluzione. Nella figura esaminiamo attentamente come si trovano i cromosomi e come si separano durante le fasi della meiosi. Commentare il cambiamento nelle proprietà dei cromosomi omologhi avvenuto a seguito del loro incrocio.