Генотипическая изменчивость

Резкие изменения строения органов называют морфозами. Морфозы  не наследуются, считают, что они  возникают в результате патологии  различного характера.

Отмеченные выше виды изменчивости различает общая генетика. Более  конкретизированные данные относительно изменчивости микроорганизмов изложены в п.13 настоящей книги.

3. Клетка - элементарная единица  живого

Английский естествоиспытатель Р. Гук (1565), рассматривая под микроскопом  пробку, увидел, что она построена  из отдельных ячеек. Он назвал их клетками. Все живые организмы состоят  из клеток. Клетки присущи все свойства живой материи. Ее можно назвать  элементарной единицей живого, простейшей ячейкой жизни. Наука о клетке называется цитологией ( от греческого cytos - клетка и logos - наука). Вне клетки нет жизни. Жизнь - особое явление  природы. Дать однозначное определение  жизни в связи с ее многообразием  очень трудно. Разные ученые давали разное определение жизни, вкладывая  в него основные свойства, отличающие живое от не живого. Современная  биология характеризует жизнь как  макромолекулярную открытую систему, которой свойственны иерархическая  организация, способность к самовоспроизведению, обмен веществ, тонко регулируемый поток энергии. Жизнь не мыслится без особого способа взаимодействия живых существ с окружающей средой, т. е. без обмена веществ (метаболизма). Обмен веществ осуществляется благодаря  двум взаимно противоположным и  сбалансированным, тесно связанным  между собой процессам ассимиляции (анаболизм) и диссимиляции (катаболизм). Ассимиляция - образование и обновление структур организма, а диссимиляция - расщепление, входящих в эти структуры, органических соединений в связи  с необходимостью обеспечения жизнедеятельности  организма требуемыми веществами и  энергией. Метаболизм осуществляется благодаря притоку веществ к  клетке извне и выделению продуктов  катаболизма во внешнюю среду, т. е. клетка (микроорганизм, макроорганизм) является по отношению к среде  обитания открытой системой. Процессы ассимиляции и диссимиляции упорядочены  во времени и пространстве, благодаря  структурированности объема клетки. Это важное свойство клетки. Например, микоплазма превосходит в размере  атом водорода в 1000 раз. Однако благодаря  структурированности клетки микроорганизма в ней осуществляется не менее 100 биохимических реакций, поддерживающих ее жизнедеятельность. Жизнедеятельность  любой клетки организма человека и животных поддерживается в результате последовательного согласованного протекания более 10000 реакций. Таким  образом, структурированность необходима для нормального обмена веществ, но упорядоченность достигается  путем затраты определенного  количества энергии. Клетка черпает  энергию извне и использует ее на поддержание внутренней структуры.

Важное свойство жизни - процесс  самообоснования, который заключается  в воссоздании клеткой структур взамен снашиваемым и утраченным. Достигается это благодаря использованию  клеткой генетической информации, закодированной в наследственном веществе клетки. Хранение и использование генетической информации на основе нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) составляет одно из важнейших  свойств жизни. Реализация генетической информации находит свое отражение  в наличии генотипа и фенотипа, что носит общий характер для  клеток всех живых существ. Развитие организма происходит в процессе онтогенеза, в ходе которого проявляется такое свойство клетки, как способность к размножению и росту. Реакция клетки на внешние и внутренние факторы обусловлена такими общими свойствами, как раздражимость и возбудимость.

Жизнь характеризуется таким  свойством, как дискретность, т.е. представлена совокупностью отдельных организмов. Организм состоит из клеток, следовательно  и клеткам присуща дскретность. Продолжительность жизни организмов и клеток ограничена. Поэтому сохранение жизни во времени зависит от такого ее свойства, как размножение. Важными  свойствами жизни являются включенность организмов в процессе эволюции и  существования их совместно с  другими организмами в составе  сообществ под названием биоценозы.

Клетка - это обособленная, наименьшая частица организма, способная  к самовоспроизведению, самовосстановлению, самообновлению и все свойства жизни, упомянутые выше. Клетка в благоприятных  условиях обитания может поддерживать эти свойства в самой себе и  передавать их по наследству. Клетка несет  полную генетическую характеристику жизни, зашифрованную в ДНК. В живой  природе - клетка элементарная структура, функциональная и генетическая единица. Клетка - основа всех форм жизни, начиная  от одноклеточных и заканчивая многоклеточными.

Французский ученый, лауреат  нобелевской премии, А. Львов, основываясь  на достижениях современной биологии, писал: рассматривая живой мир на клеточном уровне, мы обнаруживаем его единство: единство строения - каждая клетка содержит ядро, погруженное в цитоплазму; единство функции - обмен веществ в основном сходен во всех клетках; единство состава - главные макромолекулы у всех живых существ состоят из одних и тех же макромолекул. Для построения огромного разнообразия живых систем природа использует ограниченное число строительных блоков.

Таким образом клетка является основной структурной и функциональной единицей живых организмов, осуществляющей рост, размножение. Обмен веществ  и энергии, хранящей, перерабатывающей и реализующей генетическую информацию. Клетка представляет собой сложную  систему биополимеров, отделенную от внешней среды оболочкой (плазмотической мембраной) и состоящую из ядра и  цитоплазмы, в которой раполагаются органеллы и включения.

4. Клеточная теория

Немецкие ученые - ботаник  М. Шлейден и зоолог Т. Шванн, изучая строение тканей растений и животных, пришли к заключению, что все организмы  состоят из клеток. Ими была сформулирована теория клеточного строения живых организмов (1838-1839). Особая заслуга в создании этой теории принадлежит Т. Шванну, который обобщил многочисленные данные науки того времени о схожести строения растительных и животных клеток и пришел к заключению, что клетки являются структурной и функциональной основой живых существ. В 1838 году была опубликована книга Теодора Шванна микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений, в которой автор изложил основные положения клеточной теории.

Все живые организмы состоят  из клеток. Авторы клеточной теории придерживались правильной точки зрения о единообразии пути возникновения  клеток, но механизм их образования  представлялся не верно, ввиду не достаточно высокого уровня развития биологической науки, на момент создания теории.

Сложные (человек, животные) и простые (инфузории, вирусы, бактерии) формы жизни в структурном, функциональном и генетическом отношении обеспечиваются только клеткой. С помощью клетки происходит усвоение, превращение и  использование энергии и веществ  живыми организмами. В клетке хранится и используется по назначению биологическая  информация.

Не смотря на бесконечное  многообразие клеток, современная теория научно обосновывает единственный способ возникновения новых клеток, заключающийся  в делении предшествующих клеток. Не отрицая индивидуальных структурно-функциональных особенностей разных клеток, клеточная  теория не отвергает представления  об их гомологии. К настоящему времени  доказано, что все клетки одинаковым способом хранят генетическую информацию, редуплицирут генетический материал и  передают его из поколения в поколение, используют биологическую информацию для синтеза белка, хранят, переносят  и превращают энергию в работу, осуществляют обмен веществ.

Для клетки характерен принцип  целостности и системной организации. В этом отношении клеточная теория соотносит клетку с многоклеточным организмом. Для системы свойственно  взаимодействие частей, составляющих систему. Структурной единицей многоклеточных существ является клетка. Естественно, нельзя свести свойства целостного многоклеточного  организма к свойствам отдельных  клеток. данное положение клеточной  теории свидетельствует о диалектической проблеме целого и части.

В современной интерпритации  клеточная теория включает следующие  положения:

·клетка является универсальной, элементарной единицей живого;

·клетки всех организмов принципиально  сходны по своему строению, функции  и химическому составу;

·клетки размножаются путем  деления исходной клетки;

·клетки хранят, реализуют  и перерабатывают генетическую информацию;

·многоклеточные организмы  являются сложными клеточными ансамблями, образующими целостные системы;

·благодаря деятельности клеток в сложных организмах осуществляется рост, развитие, обмен веществ и  энергии;

5. Типы клеточной организации

В живой природе существует большое разнообразие клеток, которые  разнятся по размерам, форме, особенностям питания, дыхания и т.д. Однако известно лишь два типа клеточной организации: прокариотический и эукариотический. Эукариотический тип организации  клеток подразделяют на подтип, характерный  для простейших, и подтип, характерный  для многоклеточных. Упомянутые два  типа клеточной организации возникли в ходе биологической эволюции. Вообще, проблема происхождения и эволюции живых организмов до сих пор остается очень сложной и до конца не изученной. Это относится к микроорганизмам. Появление жизни на Земле объясняют  две основные гипотезы. Согласно так  называемой гипотезе панспормии, жизнь  занесена из космоса в виде спор микроорганизмов или же путем  намеренного заселения планеты  разумными существами из других миров.

Другая гипотеза утверждает, что жизнь возникла на Земле в  результате совокупности физических и  химических условий. Приведших к  абиогенному образованию органических веществ из неорганических.

Немецкий ученый Э. Геккель (1886) выделил микроорганизмы. У которых  отсутствует дифференцировка на органы и ткани в царство Protista (протисты. Первосущества). Затем, в  результате дальнейшего изучения строения клеток, протисты были подразделены на две группы: высшие и низшие. У  высших - клетки сходны с растительными  и животными клетками, это эукариоты. К ним отнесены микроскопические водоросли. Микроскопические грибы (плесени  и дрожжи). К низшим относят протистов, клетки которых по строению отличаются от всех других организмов(бактерии, сине-зеленые  водоросли), - это прокариоты.

Клеткам прокариотического  типа свойственны следующие особенности: эти клетки имеют малые размеры, в них нет развитой системы  мембран. Отсутствует четко оформленное ядро, генетический материал представлен в виде замкнутого кольца молекулы ДНК, свободно располагающейся в цитоплазме, не содержащей гистонов. Которые являются белками клеточных ядер. В связи с значительным содержанием диаминокислот аргинина и лизина, эти клетки имеют щелочную реакцию. Для прокариот не типичны внутриклеточные перемещения цитоплазмы и амебоидные движения.

Для эукариотичных клеток характкрны вторичные полости. Эукариоты  имеют истинное ядро. Кариолема отграничивает  ядро от цитоплазмы. У них имеются  более крупные, чем у прокариот, рибосомы, геном представлен набором  хромосом, которые удваиваются и  распределяются между дочерними  клетками при митозе.

Таксономией все низшие были отнесены к надцарству - Procariotae, а  все высшие прокариоты, растения и  животные включены в надцарство - Eycariotae. Необходимо еще раз подчеркнуть, что к прокариотическим организмам относятся сине-зеленые водоросли, актиномицеты, бактерии, спирохеты, микоплазмы, рикетсии, хламидии, а к эукариотическим - большинство водорослей, грибы, лишайники, растения и животные.

Различия между прокариотами и эукариотами довольно детально представлены в таблице 1.

Таблица 1. признаки прокариотов  и эукариотов.

признакипрокариотыэукариотыРазмер клеток(мкм)1-1010-100Вид метаболизмаАнаэробный  или аэробныйАэробныйДНККольцевая в цитоплазмеНе кольцевая, окружена ядерной оболочкойСинтез РНК  и белкаВ цитоплазмеС-з РНК в  ядре, белка в цитоплазмеОрганеллыНет или малоЕстьЦитоскелетНетЕстьЭндо- и экзоцитозНетЕстьМитохондрииНетЕстьЭндоплазмотическая сетьНетЕстьКомплекс ГольджиНетЕстьРибосомыЕсть 70SЕсть 70S в митохондриях, 80S в цитоплазмеЛизосомыНетЕстьВнутриклеточное перевариваниеНетЕстьДеление клетокбинарноеМитоз(у  половых клеток - мейоз)

6. Структурно-функциональная организация клеток эукариотического и прокариотического типов

Механизм наследственности и изменчивости довольно сложен. Чтобы  понять как работает этот механизм, надо знать его устройство, которое  не представляется без знания структурно-функциональной организации клетки. В связи с  этим в книге описывается строение клетки растений, животных, микроорганизмов  и функциональное назначение ее отдельных  структур.

.1 Строение и функционирование  клетки растений

Клетки растений весьма разнообразны по форме и размерам. Форма и  величина их определяется местом положения  в организме растения, а также  выполняемыми функциями. Клетки, входящие в состав различных тканей и органов, значительно различаются по ширине и длине, но чаще всего они вытянуты и имеют заостренные концы. Например, длина клетки покрытосеменных колеблется в пределах от 100 до 1000 мкм. Паренхимные  клетки плодов и клубней растений достигают более 1 мм. Большие размеры  имеют клетки лубяных волокон. Так, у льна и копли длина волокна  составляет 20-40 мм, а у хлопчатника - 65 мм. Однако, чаще всего клетки мелкие, величиной 20-50 мкм и их можно видеть только под микроскопом.