Наука систематика. Принципы современной систематики. Основные систематические категории царства животных. Понятие вида, популяции

Биологи́ческая система́тика — научная дисциплина, в задачи которой входит разработка принципов классификации живых организмов и практическое приложение этих принципов к построению системы. Под классификацией здесь понимается описание и размещение в системе всех существующих и вымерших организмов.

Основные цели систематики:

наименование (в том числе и описание) таксонов,

диагностика (определение, то есть нахождение места в системе),

экстраполяция, то есть предсказание признаков объекта, основывающееся на том, что он относится к тому или иному таксону. Например, если на основании строения зубов мы отнесли животное к отряду грызунов, то можем предполагать, что у него имеется длинная слепая кишка и стопоходящие конечности, даже если нам неизвестны эти части тела.

Современные классификации живых организмов построены по иерархическому принципу. Различные уровни иерархии (ранги) имеют собственные названия (от высших к низшим): царство, тип или отдел, класс, отряд или порядок, семейство, род и, собственно, вид. Виды состоят уже из отдельных особей. Принято, что любой конкретный организм должен последовательно принадлежать ко всем семи категориям. В сложных системах часто выделяют дополнительные категории, например, используя для этого приставки над- и под- (надкласс, подтип и т. п.). Каждый таксон должен иметь определённый ранг, то есть относиться к какой-либо таксономической категории. Сравнительно новым является понятие надцарства, или биологического домена. Оно было предложено в 1990 году Карлом Вёзе и ввело разделение всех биологических таксонов на три домена: 1) эукариоты (домен, объединивший все организмы, клетки которых содержат ядро); 2) бактерии; 3) археи.

Вид (лат. species) — основная структурная единица биологической систематики живых организмов (животных, растений и микроорганизмов)[1] — таксономическая, систематическая единица, группа особей с общими морфофизиологическими, биохимическими и поведенческими признаками, способная к взаимному скрещиванию, дающему в ряду поколений плодовитое потомство, закономерно распространённая в пределах определённого ареала и сходно изменяющаяся под влиянием факторов внешней среды.

Вид-элементарная единица всего живого.

Популя́ция (от лат. populatio — население) — это совокупность организмов одного вида, длительное время обитающих на одной территории.

Популяция — совокупность особей одного вида, занимающих определенный ареал, свободно скрещивающихся друг с другом, имеющих общее происхождение, генетическую основу и в той или иной степени изолированных от других популяций данного вида.

6. Клеточная теория, сформулируйте основные положения клеточной теории. Как Вы считаете, какова роль этой теории в биологии?

Клеточная теория — основополагающая для биологии теория, сформулированная в середине XIX века, предоставившая базу для понимания закономерностей живого мира и для развития эволюционного учения. Маттиас Шлейден и Теодор Шванн сформулировали клеточную теорию, основываясь на множестве исследований о клетке (1838). Рудольф Вирхов позднее (1858) дополнил её важнейшим положением (всякая клетка происходит от другой клетки).

Шлейден и Шванн, обобщив имеющиеся знания о клетке, доказали, что клетка является основной единицей любого организма. Клетки животных, растений и бактерии имеют схожее строение. Позднее эти заключения стали основой для доказательства единства организмов. Т. Шванн и М. Шлейден ввели в науку основополагающее представление о клетке: вне клеток нет жизни. Клеточная теория дополнялась и редактировалась с каждым разом.

Положения клеточной теории Шлейдена-Шванна:

1) Все животные и растения состоят из клеток.

2) Растут и развиваются растения и животные путём возникновения новых клеток.

3) Клетка является самой маленькой единицей живого, а целый организм — это совокупность клеток.

Основные положения современной клеточной теории:

1) Клетка - элементарная единица живого, вне клетки жизни нет.

2) Клетка - единая система, она включает множество закономерно связанных между собой элементов, представляющих целостное образование, состоящее из сопряжённых функциональных единиц - органоидов.

3) Клетки всех организмов гомологичны.

4) Клетка происходит только путём деления материнской клетки, после удвоения её генетического материала.

5) Многоклеточный организм представляет собой сложную систему из множества клеток, объединённых и интегрированных в системы тканей и органов, связанных друг с другом.

6) Клетки многоклеточных организмов тотипотентны(способность клетки путем деления дать начало любому клеточному типу организма.)

Дополнительные положения клеточной теории.

Для приведения клеточной теории в более полное соответствие с данными современной клеточной биологии список её положений часто дополняют и расширяют. Во многих источниках эти дополнительные положения различаются. ннанабор достаточно произволен.

1) Клетки прокариот и эукариот являются системами разного уровня сложности и не полностью гомологичны друг другу (см. ниже).

2) В основе деления клетки и размножения организмов лежит копирование наследственной информации — молекул нуклеиновых кислот («каждая молекула из молекулы»). Положения о генетической непрерывности относится не только к клетке в целом, но и к некоторым из её более мелких компонентов — к митохондриям, хлоропластам, генам и хромосомам.

3) Многоклеточный организм представляет собой новую систему, сложный ансамбль из множества клеток, объединённых и интегрированных в системе тканей и органов, связанных друг с другом с помощью химических факторов, гуморальных и нервных (молекулярная регуляция).

4) Клетки многоклеточных тотипотентны(способность клетки путем деления дать начало любому клеточному типу организма.), то есть обладают генетическими потенциями всех клеток данного организма, равнозначны по генетической информации, но отличаются друг от друга разной экспрессией (работой) различных генов, что приводит к их морфологическому и функциональному разнообразию — к дифференцировке.

7. Почему клетку определяют в качестве элементарной единицы жизни и в чем заключаются доказательства того, что клетка действительна, является элементарной единицей жизни?

Тоесть все живые организмы либо является многоклеточными(состоят из большого кол-ва клеток) или одноклеточными, но все они имеют клеточную структуру строения. Бактерии находятся на промежутке живой и неживой природы, но и их строение близко к клеточному. Все вещества из которых состоит клетка, не являются составными живой природы вне клетки. Таким образом, как в математике существуют единицы измерения, так и в живой природе единицей измерения является клетка. Вне клетки жизни нет. Растут и развиваются растения и животные путём возникновения новых клеток.

8. Как вы понимаете различия между доядерными и ядерными организмами? Гипотезы происхождения эукариотических клеток.

Особенности строения доядерных организмов:

1) отсутствие оформленного ядра, ядерной оболочки, ядерное вещество располагается в цитоплазме;

2) ДНК сосредоточена в одной хромосоме, имеющей форму кольца и располагающейся в цитоплазме;

3) отсутствие ряда органоидов: митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи;

4) все организмы этой группы одноклеточные.

Особенности строения ядерных организмов:

1) наличие в клетке оформленного ядра, отграниченного от цитоплазмы оболочкой с порами;

2) наличие всего комплекса органоидов цитоплазмы: митохондрий, аппарата Гольджи, лизосом, рибосом, эндоплазматической сети, клеточного центра, а также плазматической мембраны и наружной оболочки у клеток растений, грибов;

3) наличие нескольких хромосом, расположенных в ядре.

Ископаемые останки клеток эукариотического типа обнаружены в породах, возраст которых не превышает 1,0-1,4 млрд. лет. Более позднее возникновение, а также сходство в общих чертах их основных биохимических процессов(самоудвоение ДНК, синтез белка на рибосомах) заставляют думать о том, что эукариотические клетки произошли от предка, имевшего прокариотическое строение.

Наиболее популярна в настоящее время симбиотическая гипотеза происхождения эукориотических клеток, согласно которой основой, или клеткой-хозяином, в эволюции клетки эукариотического типа послужил анаэробный прокариот, способный лишь к амебоидному движению. Переход к аэробному дыханию связан с наличием в клетке митохондрий, которые произошли путём изменений симбионтов – аэробных бактерий, проникших в клетку – хозяина и сосуществовавших с ней.

Согласно инвагинационной гипотезе, предковой формой эукариотической клетки был аэробный прокариот. Внутри такой клетки – хозяина находилось одновременно несколько геномов, первоначально прикреплявшихся к клеточной оболочке. Органеллы, имеющие ДНК, а также ядро, возникли путём впячивания и отшнуровывания участков оболочки с последующей функциональной специализацией в ядро, митохондрии, хлоропласты. В процессе дальнейшей эволюции произошло усложнение ядерного генома, появилась система цитоплазматических мембран.

9. Что вы знаете о бактериях и об их свойствах? Понятие и генотипе и фенотипе микроорганизмов. Перенос генетической информации – конъюгация, трансдукция, трансформация.

БАКТЕРИИ, простые одноклеточные микроскопические организмы, принадлежащие к царству Prokaryotae (прокарио-ты). У них нет четко выделенного ядра, в большинстве их отсутствует ХЛОРОФИЛЛ. Многие из них обладают подвижностью, плавают при помощи хлыстообразных жгутиков. Размножаются преимущественно делением. В неблагоприятных условиях многие из них способны консервироваться внутри спор, обладающих высокой сопротивляемостью благодаря плотным защитным оболочкам. Подразделяются на АЭРОБНЫЕ И АНАЭРОБНЫЕ. Хотя патогенные бактерии являются причиной большинства человеческих заболеваний, многие из них безобидны или даже полезны для человека, поскольку составляют важное звено ПИЩЕВЫХ ЦЕПЕЙ, например, они способствуют переработке растительных и животных тканей, преобразованию азота и серы в АМИНОКИСЛОТЫ и другие соединения, которые могут использовать растения и животные; В некоторых бактериях содержится хлорофилл, и они участвуют в ФОТОСИНТЕЗЕ; Тысячелетиями человек использовал молочнокислых бактерий для производства сыра, йогурта, кефира, уксуса, а также квашения; Благодаря быстрому росту и размножению, а также простоте строения, бактерии активно применяются в научных исследованиях по молекулярной биологии, генетике, генной инженерии и биохимии; В кишечнике человека в норме обитает от 300 до 1000 видов бактерий общей массой до 1 кг, а численность их клеток на порядок превосходит численность клеток человеческого организма. Они играют важную роль в переваривании углеводов, синтезируют витамины, вытесняют патогенные бактерии. Можно образно сказать, что микрофлора человека является дополнительным «органом», который отвечает за пищеварение и защиту организма от инфекций.

Генотип – совокупность всех генов, присущих данному организму, т.е. его генетическая конституция.

Фенотип – внешнее, видимое проявление генотипа, обусловленное им и воздействием окружающей среды.

Конъюгация (от лат. conjugatio — соединение) — это процесс точного и тесного сближения гомологичных хромосом.

Трансдукция (от лат. transductio — перемещение) — процесс переноса бактериальной ДНК из одной клетки в другую бактериофагом. Общая трансдукция используется в генетике бактерий для картирования генома и конструирования штаммов. К трансдукции способны как умеренные фаги, так и вирулентные, последние, однако, уничтожают популяцию бактерий, поэтому трансдукция с их помощью не имеет большого значения ни в природе, ни при проведении исследований.

Трансформация (генетика) — процесс поглощения клеткой организма свободной молекулы ДНК из среды и встраивания её в геном, что приводит к появлению у неё новых наследуемых признаков, характерных для организма-донора ДНК.

10. Строение и размножение вирусов. Какова роль вирусов в качестве экспериментальных моделей в молекулярной биологии? Сформулировать гипотезу о происхождении вирусов?

Ви́рус (лат. virus — яд) — субклеточный инфекционный агент, который может воспроизводиться только внутри живых клеток организма. По природе вирусы являются автономными генетическими элементами, имеющими внеклеточную стадию в цикле развития. Вирусы представляют собой микроскопические частицы, состоящие из молекул нуклеиновых кислот — ДНК или РНК (некоторые, например мимивирусы, имеют оба типа молекул), заключённые в белковую оболочку, способные инфицировать живые организмы. Белковую оболочку, в которую упакован геном, называют «капсид».

Просто организованные вирусы состоят из нуклеиновой кислоты и нескольких белков, образующих вокруг неё оболочку — капсид. Примером таких вирусов является вирус табачной мозаики. Его капсид содержит один вид белка с небольшой молекулярной массой. Сложно организованные вирусы имеют дополнительную оболочку — белковую или липопротеиновую; иногда в наружных оболочках сложных вирусов помимо белков содержатся углеводы. Примером сложно организованных вирусов служат возбудители гриппа и герпеса. Их наружная оболочка — это фрагмент ядерной или цитоплазматической мембраны клетки-хозяина, из которой вирус выходит во внеклеточную среду.

Вирусы размножаются путем воспроизводства себя в инфицированной клетке хозяина за счет собственной геномной нуклеиновой кислоты.

Вирусы являются облигатными паразитами, так как не способны размножаться вне клетки. Вне клетки вирусные частицы не проявляют признаки живого и ведут себя как частицы органических полимеров. От живых организмов-внутриклеточных паразитов отличаются полным отсутствием основного и энергетического обмена, и отсутствием сложнейшего элемента живых систем — аппарата трансляции (синтеза белка), степень сложности которого превышает таковую самих вирусов.

Размножение вирусов включает в себя три процесса: репликацию вирусной нуклеиновой кислоты, синтез вирусных белков и сборку вирионов. Размножение (репликация) вирусов – процесс, в ходе которого вирус, используя собственный генетический материал и синтетический аппарат клетки-хозяина, воспроизводит подобное себе потомство. В самом общем виде репликация вируса на уровне единичной клетки складывается из нескольких последовательных стадий: 1) прикрепление вируса к клеточной поверхности; 2) проникновение через наружные мембраны клетки; 3) обнажение генома; 4) синтез (транскрипция) нуклеиновой кислоты вируса с образованием дочерних молекул геномной РНК и, в случае ДНК-содержащих вирусов, информационной вирусной и-РНК; 5) синтез вирус-специфических белков; 6) сборка новых вирионов и выход их из пораженной клетки. Прохождение всех указанных стадий составляет один цикл размножения. На уровне системы клеток в виде ткани или органа циклы размножения часто бывают асинхронными, и вирус из пораженных клеток проникает в здоровые.

Молекулярная биология, изучающая фундаментальные основы жизни, является в значительной степени детищем микробиологии. В качестве основных объектов изучения в ней используют вирусы и бактерии, а основное направление - молекулярная генетика основана на генетике бактерий и фагов.

Существует три теории происхождения вирусов. Согласно первой вирусы - результат дегенерации одноклеточных организмов. В эволюции дегенерация - отнюдь не редкий процесс, но эта теория не объясняет разнообразие вирусов.

Теория доклеточных организмов, перешедших к паразитизму, и теория дериваты клеточных структур, ставших автономными (гипотеза «взбесившихся генов») - две наиболее популярные теории происхождения вирусов. В пользу теории доклеточного паразитизма говорит существование хвостатых фагов, а в пользу клеточных структур, обретших самостоятельность - R-плазмоиды. Кроме того, гипотеза «взбесившихся генов» объясняет общность дефектных вирусов, сателлитов, плазмидов и прионов. Если она верна- возникновение вирусов не было единичным событием и продолжается постоянно. Тогда должны возникать новые вирусы - абсолютно новые, а не развившиеся из ранее существовавших.

Между вирусами возможен обмен целыми блоками генетической информации, причем эти вирусы могут быть генетически весьма далеки друг от друга. Новые функции у вирусов могут возникать при неожиданном сочетании собственных генов и интеграции генов чужих. Увеличение генотипа вируса за счет неработающих генов может привести к образованию новых генов. Все эти механизмы делают вирусы одними из самых быстроизменяющихся организмов на земле.

Вирусы могут менять «хозяев», на которых они паразитировали веками. Считается, что именно так произошел вирус СПИДа - «переквалифицировавшись» с обезьян на людей, и грипп «испанка», бывший ранее одним из птичьих вирусов.

11. Какова роль бактерий в природе и в жизни человека? Какие морфологические формы бактерий Вы знаете?

Бактерии активно участвуют в биогеохимических циклах на нашей планете (в т. ч. в круговороте большинства химических элементов). Деятельность бактерий имеет также глобальный характер. Например, из 4,3-1010 т (гигатонн) органического углерода, фиксированного в процессе фотосинтеза в мировом океане, около 4,0-1010 т минерализуется в водной толще, причём 70-75% из них - бактериями и некоторыми другими микроорганизмами, а суммарная продукция восстановленной серы в осадках океана достигает 4,92-108 т в год, что почти в три раза превышает суммарную годовую добычу всех видов серосодержащего сырья, используемого человечеством. Основная часть парникового газа - метана, поступающего в атмосферу, образуется бактерииями (метаногепами).

Бактерии являются ключевым фактором почвообразования, зон окисления сульфидных и серных месторождений, образования железных и марганцевых осадочных пород и т.д.

Некоторые бактерии вызывают тяжёлые заболевания у человека, животных и растений. Нередко они становятся причиной порчи селхоз. продукции, разрушения подземных частей зданий, трубопроводов, металлических конструкций шахт, подводных сооружений и т.д. Изучение особенностей жизнедеятельности этих бактерии позволяет разработать эффективные способы защиты от вызываемых ими повреждений. В то же время положительную роль бактерий для человека невозможно переоценить. С помощью бактерий получают вино, молочные продукты, закваски и др. продукты, ацетон и бутанол, уксусную и лимонную кислоты, некоторые витамины, ряд ферментов, антибиотики и каротиноиды. Бактерии участвуют в трансформации стероидных гормонов и др. соединений. Их используют для получения белка (в т. ч. ферментов) и ряда аминокислот. Применение бактерий для переработки с.-х. отходов в биогаз или этанол даёт возможность создания принципиально новых возобновляемых энергетических ресурсов. Бактерии используют для извлечения металлов (в т.ч. золота), увеличения нефтеотдачи пластов. Благодаря бактериям и плазмидам стало возможным развитие генетической инженерии. Изучение бактерий сыграло огромную роль в становлении многих направлений биологии, в медицине, агрономии и др. Велико их значение в развитии генетики, т.к. они стали классическом объектом для изучения природы генов и механизмов их действия. С бактериями связано установление путей метаболизма различных соединений и др.

Классификация бактерий

1. Кокки (овоидной формы). При этом выделяют:
Микрококки – делятся в одной плоскости, располагаются одиночно и беспорядочно, патогенных нет, Грамм положительны.
Диплококки – делятся в одной плоскости, располагаются попарно. Некоторые имеют бобовидную форму (например, Neisseria gonorrheae). Грамм отрицательны.
Стрептококки – делятся в одной плоскости, располагаются в виде цепочки. Патогенны, вызывают ангину, скарлатину, гнойные заболевания, Грамм положительны.
Стафилококки – делятся в нескольких плоскостях, располагаются в виде грозди винограда. Наиболее частые возбудители гнойных заболеваний. Грамм положительны.

Тетракокки – делятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, располагаются по четыре. Патогенны очень редко. Грамм положительны.
Сарцины – делятся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Располагаются по восемь, шестнадцать, тридцать два. Особенно часто находят в воздухе. Условно патогенны. Грамм положительны.

2. Палочковидные формы. Их делят на:
Бактерии – спор не образуют.
Бациллы – аэробные спорообразующие бактерии. Грамм положительны. Например, B. antracis – возбудитель сибирской язвы.
Клостридии – анаэробные спорообразующие бактерии. Грамм положительны. Напоминают теннисную ракетку. Относят возбудителя столбняка, ботулизма, газовой гангрены.
Грамм отрицательные палочковидные формы. Относят кишечную палочку, иерсинию пестис (возбудитель чумы), возбудителей брюшного тифа, сальмонеллеза, бруцеллеза.

3. Извитые формы. Различают:
Вибрионы – один изгиб, который не превышает четверти оборота, хотя могут иметь вид палочки или запятой (холерный вибрион).
Спириллы – малое число витков (2-3)
Спирохеты – завитков от 10 до 14, по Романовскому-Гимзе красятся в бледно розовый цвет. Например, возбудитель сифилиса – бледная спирохета.

12. Каковы принципиальные различия между клетками-прокариот и клетками-эукариот. Является ли одноклеточность признаком прокариот?

Все живые организмы, имеющие клеточное строение, делятся на две группы: прокариоты (безъядерные) и эукариоты (ядерные).

Дата добавления: 2015-04-24