Искусственный и естественный отбор. Энергетический обмен клетки

     3. Половой отбор. Частный случай естественного отбора представляет половой отбор Размножение является в жизни живых существ фактором первостепенной важности, и если известные особенности данных индивидов обеспечивают для них возможность размножения, то они представляют настолько важное преимущество в борьбе за существование, что эти особенности могут накапливаться и усиливаться в последовательном ряде поколений, хотя бы даже они были в известной степени вредны для самой особи. Так, например, яркое оперение самца, громкий голос сами по себе могут быть опасны для него, привлекая внимание врагов, но раз эти особенности делают его более привлекательным в глазах самок, и следовательно, обеспечивают возможность оставить потомство — они имеют все шансы сохранения и усиления. Таким образом, наряду с упрочением и усилением признаков, полезных для каждой особи, может совершаться, тоже путем отбора, усиление признаков, важных для сохранения данной формы в ряду поколений путем обеспечения возможности размножаться и, следовательно, оставить потомство. Этот процесс называется половым П. И помимо указанных случаев естественный отбор может содействовать усилению таких признаков, которые полезны для сохранения вида, но могут быть и вредны для данной особи. Так, инстинкты заботы о потомстве, доходящие до самоотверженной защиты детенышей, могут привести к гибели данной особи, но они в общем выводе полезны для данного вида в борьбе за существование и имеют шансы сохраняться и усиливаться. То же самое относится и к взаимной привязанности между членами той же общины или стада, заставляющей жертвовать собою для защиты других, и т. п. Результат действия естественного отбора есть та поразительная гармония между организацией, привычками и т. п. данной органической формы и окружающими условиями: все, что менее соответствует этим условиям, гибнет, уступая место более приспособленным в тех или иных отношениях. Но было бы весьма ошибочно думать, что естественный отбор непременно должен вести к всестороннему гармоническому развитию организма, к прогрессу организации, как его обыкновенно понимают. В некоторых случаях, напротив, путем естественного отбора вырабатываются формы с весьма упрощенной организацией, иногда настолько, что их истинная природа может быть разгадана лишь с большим трудом; но всегда организмы, изменившиеся таким путем, являются в высшей степени приспособленными к известной определенной сумме внешних условий. Так, паразитизм влечет за собою более или менее сильное упрощение организации, недоразвитие органов движения, органов чувств, нервной системы и т. д., но зато организму обеспечен большой запас пищи; это позволяет ему вырабатывать громадное число яиц, что обеспечивает возможность сохранения вида.

     4. Сходства и различия между естественным и искусственным отбором.

     Для сравнения искусственного и естественного отборов приведем две таблицы, в которых рассматриваются формы отбора (см. табл. 1) и особенности эволюции культурных форм и природных видов (см. табл. 2). 
 
 

     Таблица 1. Формы отбора.

     Таблица. 2. Особенности эволюции культурных форм и природных видов.

     Из  таблиц видно, что если естественный отбор ведет к эволюции видов в природе, к приспособленности особей вида к условиям окружающей среды, то отбор, производимый человеком, не является формой биологической эволюции. Например, можно сказать, что сорта растений и породы животных исключены из эволюции (в этом случае речь идет только об эволюции породы или сорта), так как, находясь под постоянной зашитой человека, они не вступают в борьбу за существование, или ее действие в значительной степени снижено. В результате особи различных культурных растений и пород животных оказываются приспособлены не столько к условиям окружающей среды, сколько к нуждам и потребностям человека. И если по каким-либо причинам сорта или породы оказываются без защиты человека, то они либо быстро гибнут, не выдерживая конкуренции со своими дикими сородичами, либо утрачивают сортовые и породные качества (вырождаются). Вместе с тем не следует и противопоставлять искусственный отбор естественному, так как последний очень часто подправляет творческую деятельность человека. Как бы человек ни заботился о сортах и породах, многие из них все же подвергаются воздействию абиотических и биотических факторов среды, что в конечном итоге повышает их жизнеспособность.

     5. Энергетический обмен клетки.

     Энергетический  обмен — совокупность реакций  окисления органических веществ  в клетке, синтеза молекул АТФ  за счет освобождаемой энергии. Основное значение энергетического обмена в  том, что при разрушении сложных органических веществ высвобождается энергия, необходимая для реакций биосинтеза.

     АТФ как единое и универсальное энергетическое вещество. Все проявления жизнедеятельности, все функции клетки осуществляются с затратой энергии. Энергия требуется для движения биосинтетических реакций, переноса веществ через клеточные мембраны, для любых форм клеточной активности.

     Источником  энергии в живых клетках, обеспечивающим все виды их деятельности, является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Освобождающаяся  при расщеплении АТФ энергия обеспечивает любые виды клеточных функций - движение, биосинтез, перенос веществ через мембраны и др. Так как запас АТФ в клетке невелик, то понятно, что по мере убыли АТФ содержание ее должно восстанавливаться. В действительности так и происходит. Биологический смыл остальных реакций энергетического обмена и состоит в том, что энергия, освобождающаяся в результате химических реакций окисления углеводов и других веществ, используется для синтеза АТФ, т. е. для восполнения ее запаса в клетке. При усиленной, но кратковременной работе, например при беге на короткую дистанцию, мышцы работают почти исключительно за счет распада содержащейся в них АТФ. После окончания бега спортсмен усиленно дышит, разогревается: в этот период происходит интенсивное окисление углеводов и других веществ для восполнения убыли израсходованной АТФ. При длительной и не очень напряженной работе содержание АТФ в клетках может существенно не изменяться, так как реакции окисления успевают обеспечить быстрое и полное восстановление израсходованной АТФ.

     Синтез  АТФ происходит главным образом  в митохондриях и обеспечивается в основном энергией, выделяющейся при расщеплении глюкозы, но могут  использоваться и другие простые  органические соединения - сахара, жирные кислоты и пр.

     Митохондрии способны использовать для синтеза  АТФ не только расщепление глюкозы. В их матриксе содержатся также ферменты, расщепляющие жирные кислоты. Особенностью этого цикла является большой  энергетический выход - 51 молекула АТФ  на каждую молекулу жирной кислоты. Не случайно медведи и другие животные, впадая в спячку, запасают именно жиры. Любопытно, что часть запасаемого жира имеет у них бурый цвет. Такие жировые клетки содержат множество митохондрий необычного строения: их внутренние мембраны пронизаны порами. Ионы водорода свободно проходят через эти поры, и синтез АТФ в клетках бурого жира не происходит. Вся энергия, освобождающаяся в процессе кислородного расщепления жирных кислот, выделяется в виде большого количества тепла, согревающего животных во время долгой зимней спячки.

     Кроме глюкозы и жирных кислот, митохондрии  способны расщеплять аминокислоты, но они - дорогое топливо. Аминокислоты являются важным строительным материалом, из них организм синтезирует свои белки. К тому же использование аминокислот для синтеза АТФ требует предварительного удаления аминогруппы NН2 с образованием токсичного аммиака. Белки и составляющие их аминокислоты используются клеткой для получения энергии только в крайнем случае.

     Этапы энергетического обмена. Для изучения энергетического обмена клетки его удобно разделить на три последовательных этапа: подготовительный, бескислородный, кислородный. Рассмотрим их на примере животной клетки.

     1) Подготовительный — расщепление в лизосомах полисахаридов до моносахаридов, жиров до глицерина и жирных кислот, белков до аминокислот, нуклеиновых кислот до нуклеотидов. Распад веществ на этом этапе сопровождается незначительным энергетическим эффектом. Вся освобождающаяся при этом энергии рассеивается в виде тепла.

     2) Бескислородный или неполный — вещества, образовавшиеся в подготовительном этапе - глюкоза, глицерин, органические кислоты, аминокислоты и др. - вступают на путь дальнейшего распада. Это сложный, многоступенчатый процесс. Он состоит из ряда следующих одна за другой ферментативных реакций. Ферменты, обслуживающие этот процесс, расположены на внутриклеточных мембранах правильными рядами. Вещество, попав на первый фермент этого ряда, передвигается, как на конвейере, на второй фермент, далее - на третий и т. д. Это обеспечивает быстрое и эффективное течение процесса. Разберем его на примере бескислородного расщепления глюкозы, которое имеет специальное название - гликолиза. Гликолиз представляет собой ряд последовательных ферментативных реакций. Его обслуживает 13 различных ферментов, и в ходе его образуется более десятка промежуточных веществ. Многие промежуточные реакции гликолиза идут с участием фосфорной кислоты Н₃РО₄. В нескольких реакциях участвует АДФ. Не останавливаясь на деталях, укажем лишь, что на начальные ступени ферментного конвейера вступают шестиуглеродная глюкоза, Н₃РО₄ и АДФ, а с последних сходят трехуглеродная молочная кислота, АДФ и вода. Суммарное уравнение гликолиза должно быть записано так:

     С₆Н₁₂О₆+2Н₃РО₄+2АДФ =2С₃Н₆О₃+2АТФ+2Н₂О

     Процесс гликолиза происходит у всех животных клеток и у некоторых микроорганизмов. Всем известное молочнокислое брожение (при скисании молока, образовании простокваши, сметаны, кефира) вызывается молочнокислыми грибами и бактериями. По механизму оно вполне тождественно гликолизу.