Многоклеточные эукариоты
Многоклеточные организмы — это организмы, тело которых состоит из множества клеток и их производных (различные виды межклеточного вещества).
Характерный признак многоклеточных — неравноценность клеток, образующих их тело, а также дифференцировка клеток и их объединение в комплексы различной сложности — ткани и органы.
Для многоклеточных характерно индивидуальное развитие (онтогенез), начинающееся в большинстве случаев (за исключением вегетативного размножения) с деления одной клетки (зиготы, споры). К многоклеточным организмам относят представителей трех царств.
Царства эукариот. Ранее мы рассмотрели особенности организации одноклеточных эукариот. Многоклеточные эукариоты относятся к одному из трех царств: Растения, Грибы и Животные и находятся на организменном уровне организации живой материи.
Иногда для удобства применения описательно-сравнительного метода исследований гистологи выделяют тканевый и органный уровни организации.
В отличие от настоящих уровней организации (клеточного, организменного, популяционно-видового, экосистемного и биосферного), эти уровни не имеют специфических черт обмена веществ и превращений энергии, неспособны к автономному существованию в естественной среде.
Царство Растения
Растения — это организмы способные к фотосинтезу. Для них характерна зелёная окраска, так как они содержат хлорофилл.
Растительный мир многообразен. Царство растений включает в себя отделы водорослей, моховидных, папоротникообразных, голосеменных и покрытосеменных.
В клетках растений есть хлоропласты, в которых происходит фотосинтез. Клетки растений окружены клеточной стенкой, состоящей из целлюлозы. Крупные клеточные вакуоли содержат клеточный сок.
Связи между соседними клетками обеспечиваются благодаря плазмодесмам. Цитоплазма клеток растений часто содержит вакуоли с клеточным соком, а также различные пластиды. Благодаря наличию хлорофилла большинство растений способно к фотосинтезу, то есть автотрофному питанию. Насекомоядные (росянка, непентес и др.
) или так называемые полупаразитические (например, омела) растения относятся к миксотрофам. Они способны к фотосинтезу, однако наряду с этим потребляют органические соединения насекомых (насекомоядные растения) или растения-хозяина (омела).
Некоторые паразитические растения (например, Петров крест, повилика) – гетеротрофы; они не имеют хлорофилла и питаются исключительно органическими соединениями растения-хозяина.
В результате фотосинтеза в цитоплазме растительных клеток откладываются полисахариды, обычно крахмал. Кроме хлорофилла, в клетках растений часто содержатся желтые, красные или бурые пигменты (ксантофилл, антоцианы и т. п.), придающие соответствующую окраску клеткам.
Свойства растений:
- наличие в клетках пластид;
- большая центральная вакуоль;
- отсутствие центриолей;
- жёсткая целлюлозная клеточная стенка;
- автотрофное питание;
- размножение спорами или семенами.
Царство Грибы
Грибы — эукариотические организмы, для которых характерно наличие жёсткой клеточной стенки и отсутствие пластид. Все грибы — гетеротрофы.
Они потребляют готовые органические вещества, чаще всего отмершие остатки растений и животных.
Жёсткая клеточная стенка грибов может иметь различное строение, но всегда в её основе лежит хитин — полимер, похожий на целлюлозу, но содержащий азот. Некоторые из грибов, например дрожжи, являются одноклеточными организмами.
Гифы (от греч. hyphe — «ткань, паутина») — нитевидные отростки, образующие тело гриба — мицелий.
Наличие прочной и толстой клеточной стенки не позволяет грибами поглощать частицы пищи, поэтому они питаются растворёнными в воде веществами. Такое питание называется осмофильным.
Для того чтобы питаться полимерными веществами, нерастворимыми в воде (например, белками или полисахаридами), грибы вырабатывают ферменты, расщепляющие эти полимеры на мономеры, и выделяют эти ферменты в окружающую среду.
Мономеры, образовавшиеся после расщепления, всасываются грибами. Такой способ питания называется внешним пищеварением.
Строение мицелия у разных видов грибов различается. У низших грибов между клетками нет перегородок, мицелий представляет собой одну гигантскую многоядерную клетку. Такой мицелий называется несептированным.
Подобный мицелий есть у белой хлебной плесени — мукора. У высших грибов между клетками мицелия существуют перегородки, поэтому его называют септированным (от лат. septum — «перегородка»).
У ряда высших грибов в клетке при этом существует два разных ядра.
Для большинства высших грибов характерно образование специальных органов размножения — плодовых тел.
Плодовые тела — образования из плотно переплетающихся гифов гриба, которые формируются для спороношения грибов. Подразделяются пластинчатые и трубчатые.
Значительное число грибов полезно, например человек употребляет их в пищу. Пищевая ценность грибов достаточно высока, и некоторые их виды культивируют (например, шампиньоны и вешенки).
Существуют несъедобные грибы, которые не используются в пищу. К ним относят ядовитые грибы, вызывающие острые, иногда смертельные отравления.
Важную роль играют почвенные грибы, они расщепляют различные органические остатки. Вместе с бактериями эти грибы превращают полимерные органические вещества в простые соединения, доступные для растений.
Царство Животные
Животные клетки не имеют плотной стенки, над плазматической мембраной расположен лишь тонкий упругий слой гликокаликса. Благодаря отсутствию плотной клеточной стенки некоторые клетки способны к фагоцитозу. Запасным полисахаридом, как и у грибов, является гликоген.
Для большинства животных характерны следующие особенности:
- гетеротрофный способ питания;
- способность к росту только в молодом возрасте;
- активное передвижение;
- в клетках животных отсутствует жёсткая клеточная стенка;
- нет пластид;
- нет крупной центральной вакуоли;
- клеточный центр содержит центриоли, делящиеся перед делением клетки.
Особенности организации многоклеточных эукариот. Мы уже знаем, что каждая клетка, входящая в состав многоклеточных организмов, предназначена для осуществления лишь определенных функций. Соответственно разные типы клеток отличаются особенностями строения, то есть дифференцированы.
Поэтому функционирование многоклеточного организма как целостной биологической системы обеспечено согласованной деятельностью всех его клеток. У многоклеточных эукариот разнообразные проявления процессов жизнедеятельности (питание, дыхание, выделение, раздражимость и т. п.
) лишь частично осуществляются на клеточном уровне, а преимущественно – вследствие взаимодействий тканей, органов и систем органов.
Для многоклеточных организмов характерно индивидуальное развитие (онтогенез), которое начинается от зарождения и заканчивается смертью. Онтогенез, в свою очередь, включает зародышевый и послезародышевый периоды развития.
Среди многоклеточных так же, как и среди одноклеточных, встречаются колониальные организмы. Они образуются в результате вегетативного размножения, когда особи дочерних поколений остаются соединенными с материнской (например, колонии коралловых полипов).
Многоклеточные организмы, не имеющие тканей. У многоклеточных грибов, водорослей и некоторых животных (например, губок) выраженные ткани отсутствуют, потому что их клетки слабо взаимодействуют между собой. Внешний слой клеток образует покровы, отделяющие внутреннюю среду организма от внешней.
Тело многоклеточных грибов состоит из последовательно размещенных клеток, образующих нити – гифы. Гифам присущи верхушечный рост и боковое ветвление. Их совокупность называется грибница, или мицелий.
Гифы способны быстро расти: у некоторых грибов за одни сутки мицелий разрастается на много метров. Часть мицелия расположена внутри среды, на которой растет гриб (субстратный мицелий), другая часть — на ее поверхности (воздушный мицелий).
За счет воздушного мицелия образуются так называемые плодовые тела, служащие для размножения спорами. Все грибы – гетеротрофные организмы.
Тело многоклеточных водорослей называется таллом. Разные группы водорослей различаются совокупностью пигментов, структурой хлоропластов, продуктами фотосинтеза, особенностями строения митохондрий и т. п.
Отдел бурых водорослей представлен исключительно многоклеточными видами.
Среди зеленых водорослей, кроме одноклеточных и колониальных, известны настоящие многоклеточные (хара) и так называемые нитчатые, тело которых, подобно гифе, образовано нитями из последовательно соединенных клеток.
К многоклеточным не имеющим тканей животным относится несколько тысяч водных видов, которые объединяют в тип Губки. Их мешковидное тело состоит из стенок и заполненного водой внутреннего пространства, открывающегося в окружающую среду отверстием. Через него из тела животного выходит вода с непереваренными остатками пищи.
Снаружи и изнутри стенки тела покрыты защитным слоем плотно прилегающих друг к другу клеток. Основная часть стенки тела состоит из беспорядочно расположенных клеток нескольких типов; в ней находятся опорные элементы (скелет), система полостей и каналов, через которые вода попадает из внешней среды во внутреннее пространство губки.
Эти каналы начинаются маленькими отверстиями – порами.
Скелет состоит из твердых крепких игл, состоящих из СаСО3 (так называемые известняковые губки), SiО2 или гибких волокон из рогоподобного органического вещества; две последние разновидности скелета часто находятся в одном организме, дополняя друг друга (SiО2 придает животному прочность, а волокна – гибкость).
С каналами связаны так называемые воротничковые клетки со жгутиком, окруженным особым образованием («воротничком»).
Битье жгутиков вызывает движение воды через тело животного; они же загоняют питательные частицы (преимущественно разные одноклеточные организмы) под воротничок, где их захватывают псевдоподии. У губок пищеварение исключительно внутриклеточное.
Его в основном обеспечивают способные к фагоцитозу амебоидные клетки. Размножаются эти животные половым путем или почкованием. У губок отсутствуют половые железы, а яйцеклетки и сперматозоиды образуются из особых клеток, рассеянных в толще тела.
Из оплодотворенной яйцеклетки выходит покрытая ресничками личинка, которая определенное время плавает, а затем прикрепляется к различным подводным предметам и превращается во взрослую особь. В результате почкования образуются колонии губок. Встречаются и одиночные особи.
- Многоклеточные эукариоты относятся к одному из трех царств: Растения, Грибы или Животные.
- Клетки, входящие в состав многоклеточных организмов, предназначены для осуществления лишь определенных функций, то есть дифференцируются на протяжении ряда последовательных делений. Поэтому функционирование многоклеточного организма как целостной биологической системы обеспечено согласованной деятельностью всех его клеток. Многоклеточным организмам присуще индивидуальное развитие (онтогенез). Стволовые клетки дают начало всем дифференцированным клеткам на протяжении всего периода онтогенеза.
- Колониальные организмы образуются путем вегетативного размножения, когда особи дочерних поколений остаются соединенными с материнской.
- У многоклеточных грибов, водорослей и некоторых животных (например, губок) более-менее дифференцированные клетки почти не взаимодействуют между собой, поэтому такие организмы не имеют тканей. Тело многоклеточных грибов состоит из последовательно размещенных клеток, которые образуют нити – гифы. Их совокупность называется грибница, или мицелий. У многоклеточных водорослей тело имеет название таллом. Мешковидное тело губок состоит из стенок и заполненной водой внутренней полости.
Одноклеточные и многоклеточные организмы. Ткани и органы
Необычайное разнообразие живых существ на планете вынуждает находить различные критерии для их классификации. Так, их относят к клеточным и неклеточным формам жизни, поскольку клетки являются единицей строения почти всех известных организмов — растений, животных, грибов и бактерий, тогда как вирусы являются неклеточными формами.
Одноклеточные организмы
В зависимости от количества клеток, входящих в состав организма, и степени их взаимодействия выделяют одноклеточные, колониальные и многоклеточные организмы.
Несмотря на то, что все клетки сходны морфологически и способны осуществлять обычные функции клетки (обмен веществ, поддержание гомеостаза, развитие и др.), клетки одноклеточных организмов выполняют функции целостного организма.
Деление клетки у одноклеточных влечет за собой увеличение количества особей, а в их жизненном цикле отсутствуют многоклеточные стадии. В целом у одноклеточных организмов совпадают клеточный и организменный уровни организации.
Одноклеточными является подавляющее большинство бактерий, часть животных (простейшие), растений (некоторые водоросли) и грибов. Некоторые систематики даже предлагают выделить одноклеточные организмы в особое царство — протистов.
Колониальные организмы
Колониальными называют организмы, у которых в процессе бесполого размножения дочерние особи остаются соединенными с материнским организмом, образуя более или менее сложное объединение — колонию.
Кроме колоний многоклеточных организмов, таких как коралловые полипы, имеются и колонии одноклеточных, в частности водоросли пандорина и эвдорина.
Колониальные организмы, по-видимому, были промежуточным звеном в процессе возникновения многоклеточных.
Многоклеточные организмы
Многоклеточные организмы, вне всякого сомнения, обладают более высоким уровнем организации, чем одноклеточные, поскольку их тело образовано множеством клеток.
В отличие от колониальных, которые также могут иметь более одной клетки, у многоклеточных организмов клетки специализируются на выполнении различных функций, что отражается и в их строении. Платой за эту специализацию является утрата их клетками способности к самостоятельному существованию, а зачастую и к воспроизведению себе подобных.
Деление отдельной клетки приводит к росту многоклеточного организма, но не к его размножению. Онтогенез многоклеточных характеризуется процессом дробления оплодотворенной яйцеклетки на множество клеток-бластомеров, из которых в дальнейшем формируется организм с дифференцированными тканями и органами.
Многоклеточные организмы, как правило, крупнее одноклеточных. Увеличение размеров тела по отношению к их поверхности способствовало усложнению и совершенствованию процессов обмена, формированию внутренней среды и, в конечном итоге, обеспечило им большую устойчивость к воздействиям окружающей среды (гомеостаз).
Таким образом, многоклеточные обладают рядом преимуществ в организации по сравнению с одноклеточными и представляют собой качественный скачок в процессе эволюции. Многоклеточными являются немногие бактерии, большинство растений, животных и грибов.
Дифференцировка клеток у многоклеточных организмов приводит к формированию у растений и животных (кроме губок и кишечнополостных) тканей и органов.
Ткани и органы
Ткань — это система межклеточного вещества и клеток, сходных по строению, происхождению и выполняющих одинаковые функции.
Различают простые ткани, состоящие из клеток одного типа, и сложные, состоящие из нескольких типов клеток. Например, эпидермис у растений состоит из собственно покровных клеток, а также замыкающих и побочных клеток, образующих устьичные аппараты.
Из тканей формируются органы. В состав органа входит несколько типов тканей, связанных структурно и функционально, но обычно один из них преобладает.
Например, сердце образовано в основном мышечной, а головной мозг — нервной тканью.
В состав листовой пластинки растения входят покровная ткань (эпидермис), основная ткань (хлорофиллоносная паренхима), проводящие ткани (ксилема и флоэма) и др. Однако преобладает в листе основная ткань.
Органы, выполняющие общие функции, образуют системы органов. У растений выделяют образовательные, покровные, механические, проводящие и основные ткани.
Ткани растений
Образовательные ткани
Клетки образовательных тканей (меристем) в течение длительного времени сохраняют способность к делению. Благодаря этому они принимают участие в образовании всех остальных типов тканей и обеспечивают рост растения. Верхушечные меристемы находятся на кончиках побегов и корней, а боковые (например, камбий и перицикл) — внутри этих органов.
Покровные ткани
Покровные ткани расположены на границе с внешней средой, т. е. на поверхности корней, стеблей, листьев и других органов.
Они защищают внутренние структуры растения от повреждений, действия низких и высоких температур, излишнего испарения и иссушения, проникновения болезнетворных организмов и т. п.
Кроме того, покровные ткани регулируют газообмен и испарение воды. К покровным тканям относятся эпидермис, перидерма и корка.
Механические ткани
Механические ткани (колленхима и склеренхима) выполняют опорную и защитную функции, придавая прочность органам и образуя «внутренний скелет» растения.
Проводящие ткани
Проводящие ткани обеспечивают в организме растения передвижение воды и растворенных в ней веществ. Ксилема доставляет воду с растворенными минеральными веществами от корней ко всем органам растения. Флоэма осуществляет транспорт растворов органических веществ. Ксилема и флоэма обычно расположены рядом, образуя слои или проводящие пучки. В листьях их можно легко заметить в виде жилок.
Основные ткани
Основные ткани, или паренхима, составляют основную часть тела растения. В зависимости от расположения в организме растения и особенностей среды его обитания основные ткани способны выполнять различные функции — осуществлять фотосинтез, запасать питательные вещества, воду или воздух. В связи с этим различают хлорофилл о но сную, запасающую, водоносную и воздухоносную паренхиму.
Как вы помните из курса биологии 6-го класса, у растений выделяют вегетативные и генеративные органы. Вегетативными органами являются корень и побег (стебель с листьями и почками). Генеративные органы подразделяются на органы бесполого и полового размножения.
Органы бесполого размножения растений называются спорангиями. Они располагаются поодиночке или объединяются в сложные структуры (например, сорусы у папоротников, спороносные колоски у хвощей и плаунов).
Органы полового размножения обеспечивают образование гамет. Мужские (антеридии) и женские (архегонии) органы полового размножения развиваются у мхов, хвощей, плаунов и папоротников. Для голосеменных растений характерны только архегонии, развивающиеся внутри семязачатка.
Антеридии у них не формируются, и мужские половые клетки — спермин — образуются из генеративной клетки пыльцевого зерна. У цветковых растений отсутствуют как антеридии, так и архегонии.
Генеративным органом у них является цветок, в котором происходит образование спор и гамет, оплодотворение, формирование плодов и семян.
Ткани животных
Эпителиальные ткани
Эпителиальные ткани покрывают организм снаружи, выстилают полости тела и стенки полых органов, входят в состав большинства желез. Эпителиальная ткань состоит из клеток, плотно прилегающих друг к другу, межклеточное вещество не развито. Главные функции эпителиальных тканей — защитная и секреторная.
Соединительные ткани
Соединительные ткани характеризуются хорошо развитым межклеточным веществом, в котором поодиночке или группами располагаются клетки. Межклеточное вещество, как правило, содержит большое количество волокон.
Ткани внутренней среды — самая разнообразная по строению и функциям группа тканей животных. Сюда относятся костная, хрящевая и жировая ткани, собственно соединительные ткани (плотная и рыхлая волокнистые), а также кровь, лимфа и др.
Основные функции тканей внутренней среды — опорная, защитная, трофическая.
Мышечные ткани
Мышечные ткани характеризуются наличием сократительных элементов — миофибрилл, расположенных в цитоплазме клеток и обеспечивающих сократимость. Мышечные ткани выполняют двигательную функцию.
Нервная ткань
Нервная ткань состоит из нервных клеток (нейронов) и клеток глии. Нейроны способны возбуждаться в ответ на действие различных факторов, генерировать и проводить нервные импульсы. Глиальные клетки обеспечивают питание и защиту нейронов, формирование их оболочек.
Ткани животных участвуют в формировании органов, которые, в свою очередь, объединяются в системы органов.
В организме позвоночных животных и человека различают следующие системы органов: костную, мышечную, пищеварительную, дыхательную, мочевыделительную, половую, кровеносную, лимфатическую, иммунную, эндокринную и нервную.
Кроме того, у животных имеются различные сенсорные системы (зрительная, слуховая, обонятельная, вкусовая, вестибулярная и др.), с помощью которых организм воспринимает и анализирует разнообразные раздражители внешней и внутренней среды.
Любому живому организму свойственно получение из окружающей среды строительного и энергетического материала, обмен веществ и превращение энергии, рост, развитие, способность к размножению и т. п.
У многоклеточных организмов разнообразные процессы жизнедеятельности (питание, дыхание, выделение и др.) реализуются благодаря взаимодействию определенных тканей и органов. При этом все процессы жизнедеятельности проходят под контролем регуляторных систем.
Благодаря этому сложный многоклеточный организм функционирует как единое целое.
У животных к регуляторным системам относятся нервная и эндокринная. Они обеспечивают согласованную работу клеток, тканей, органов и их систем, обусловливают целостные реакции организма на изменения условий внешней и внутренней среды, направленные на поддержание гомеостаза. У растений жизненные функции регулируются с помощью различных биологически активных веществ (например, фитогормонов).
Таким образом, в многоклеточном организме все клетки, ткани, органы и системы органов взаимодействуют друг с другом, слаженно функционируют, благодаря чему организм представляет собой целостную биологическую систему.
Мир науки
Регуляция функций организма животных лучше рассматривать на примере человека. Выделяют два основных способа регуляции: нервную (с помощью нервных импульсов, передаваемых по мембранах нервных клеток) и гуморальный (с помощью химических веществ, переносимых различными жидкостями организма).
Гуморальная регуляция – координация физиологических функций организма с помощью химических веществ, переносимых различными жидкостями организма (кровь, лимфа, тканевая жидкость), – гормонов. Осуществляется эндокринной системой.
Гормоны – высокоспецифические биологически активные вещества, которые осуществляют свое влияние далеко от места синтеза.
Эндокринная система – совокупность органов, частей органов и отдельных клеток, которые секретируют в кровь и лимфу гормоны.
Она вместе с нервной системой регулирует и координирует важные функции организма человека: рост, репродукцию, обмен веществ, процессы адаптации.
В отличие от желез внешней секреции, в составе эндокринных желез отсутствуют выводные протоки, но они имеют хорошо развитую сосудистую сеть.
В эндокринной системе различают центральный и периферический отделы, которые взаимодействуют между собой и образуют единую систему. Органы центрального отдела тесно связаны с органами центральной нервной системы и координируют деятельность всех остальных звеньев эндокринной системы.
Органы периферийного отдела осуществляют многоплановое воздействие на организм, усиливают или ослабляют обменные процессы. Различают также органы, которые объединяют выполнения эндокринной функции с экзокринной, и отдельную диссоциированной эндокринную систему, которая создана большой группой изолированных ендокриноцитив, рассеянных по органам и системам организма.
Основой эффективного функционирования эндокринной системы является использование принципа обратной связи.
Нервная регуляция процессов в организме человека осуществляется с помощью соматической и автономной нервных систем.
Соматическая нервная система состоит из отделов центральной и периферической нервной системы, которые иннервируют скелетные мышцы и органы чувств. Она обеспечивает восприятие организмом информации из внешней среды, а также действия (в форме различных движений скелетных мышц) в ответ на воздействие внешних факторов.
Движения, которые обеспечиваются соматической нервной системой, осуществляются с помощью согласованных действий отдельных двигательных единиц (групп мышечных волокон, каждая из которых иннервируется одним мотонейроном).
Автономная (вегетативная) нервная система – часть нервной системы, которая регулирует деятельность внутренних органов, желез, сосудов, гладких и некоторых исполосованных мышц, а также управляет процессами обмена веществ.
Автономная нервная система состоит из двух частей, имеющих противоположное действие на органы и ткани организма, – симпатичного и парасимпатического отделов. Высшим центром контроля вегетативной нервной системы является гипоталамус, который контролирует также деятельность эндокринной системы.
Автономная нервная система обеспечивает иннервацию внутренних органов, сосудистой системы, желез, гладких мышц. Она осуществляет также трофический влияние на скелетные мышцы.
Не вызывая сокращение этих мышц, она улучшает их питание и тем самым стимулирует их работу. Она регулирует деятельность внутренних органов и сосудов, секрецию желез, работу сердца.
Процессы обмена веществ также регулируются вегетативной нервной системой.
Деятельность вегетативной нервной системы не подчиняется воли и сознания человека.
Человек не чувствует даже наличия многих внутренних органов, особенно тех, которые не двигаются, как, например, железы, не чувствует, как у них происходит секреция, как впитывается пища в кишечнике и т.д..
Человек не может сознательно управлять деятельностью этих органов, как управляет своей мускулатурой. Такие процессы происходят вне сознания человека и не подчинены ее воле.
В вегетативной нервной системе, как и в соматической, различают центральную и периферическую части. Центральная часть представлена вегетативными нейронами, которые образуют в головном и спинном мозге скопления – вегетативные ядра. Периферическую часть образуют многочисленные вегетативные нервные узлы и нервные волокна.
Взаимосвязь двух типов регуляции проявляется в том, что нервная и гуморальная системы влияют друг на друга. Так, нервная система может вызывать изменение интенсивности секреции биологически активных веществ, а действие веществ, продуцируемых гуморальной системой, может привести к возникновению нервных импульсов и регулировать работу отдельных частей нервной системы.
Для регуляции функций своего организма растения широко используют фитогормоны. Фитогормоны – это химические вещества, вырабатываемые в растениях и регулирующие их рост и развитие. Образуются главным образом в тканях, активно растут, на верхушках корней и стеблей.
К фитогормонов обычно относят ауксины, гиббереллины и цитокинины, а иногда и ингибиторы роста, например аб-сцизову кислоту. В отличие от животных гормонов, фитогормоны менее специфичны и часто действуют в том же участке растения, где образуются.
Много синтетических веществ обладают таким же действием, как природные фитогормоны.
Фитогормоны являются органическими веществами небольшой молекулярной массы, которые образуются в малых количествах в одних частях многоклеточных растений и действуют на другие их части как регуляторы и координаторы роста и развития.
Гормоны появляются в сложных многоклеточных организмов, в том числе растений, как специализированные регуляторные молекулы для осуществления важнейших физиологических программ, требующих координированной работы различных клеток, тканей и органов, нередко значительно удаленных друг от друга.
Фито-гормоны осуществляют биохимическую регуляцию – важнейшую систему регуляции онтогенеза у многоклеточных растений. Сравнению с гормонами животных специфичность фитогормонов выражена слабее, а действующие концентрации, как правило, выше.
Билет №24 – Подготовка к экзамену по биологии 9 класс
Одноклеточные эукариотические организмы состоят из одной клетки. Некоторые систематики выделяют их в отдельное царство. К ним относятся одноклеточные зеленые водоросли (хламидомонада, хлорелла), одноклеточные животные (амеба обыкновенная, инфузория туфелька) и др.
Многоклеточные организмы состоят из большого числа клеток дифференцированных по строению и функциям. Совокупность клеток многоклеточного организма, сходных по строению и функциям, называется тканью. У животных выделяют покровную ткань, мышечную, соединительную, нервную.
Ткани, выполняющие общие функции, занимающие в организме определенное местоположение, образуют органы. Примерами органов могут служить сердце, мозг, печень и т.д.
Органы, выполняющие общие функции и имеющие общее происхождение,
образуют системы органов.
Пищеварительная, опорно-двигательная, нервная
и другие системы функционируют в тесной взаимосвязи, обеспечивая
целостность организма и поддержание постоянства внутренней среды
— гомеостаза.
Регуляция осуществляется посредством нервной
системы и гуморальной (жидкостной) регуляции, в том числе путем
выработки специальных веществ — гормонов, оказывающих влияние
не на все, а только на определенные клетки, обеспечивающие нужную
реакцию.
Так, в момент опасности, под влиянием симпатического отдела вегетативной нервной системы уменьшается перистальтика кишечника, активизируется работа сердца, суживается просвет кровеносных сосудов.
Кора надпочечников выделяет гормон адреналин, также увеличивающий силу и частоту сердечных сокращений, работоспособность мышц.
Таким образом, в мобилизации возможностей организма принимают участие все важнейшие системы органов.
2. Питание растений (минеральное, воздушное). Передвижение веществ в растении, его причины. Предложите опыт, с помощью которого можно доказать значение корневого давления в передвижении воды в растении.
Растения являются автотрофами. Образование в зеленых частях
растений органических веществ из неорганических, главным образом
углекислого газа и воды, в процессе фотосинтеза, называют воздушным
питанием.
Для нормального существования растениям также необходимо
поступление растворов минеральных солей — минеральное
питание.
Всасывание растворенных веществ корнями и их дальнейшее
продвижение в листья осуществляется благодаря двум факторам:
- корневое давление — за счет более высокой
концентрации растворенных веществ в клетках корня, чем в почве; - испарение воды листьями.
Передвижение минеральных веществ осуществляется по проводящим тканям, у цветковых растений эту роль выполняют сосуды и трахеиды древесины.
Доказать наличие корневого давления можно, срезав стебель комнатного растения и надев на пенек короткую резиновую трубку, из которой через некоторое время начнет сочиться вода.
3. Раскройте механизм вдоха и выдоха, значение чистоты атмосферного воздуха как фактора здоровья. Почему отравление угарным газом опасно для здоровья? Как оказать первую помощь при отравлении угарным газом и спасении утопающего?
Вдох осуществляется при увеличении объема грудной клетки. Это происходит за счет сокращения межреберных мышц, поднимающих ребра, и сокращения диафрагмы, уменьшения ее выпуклости.
Низкое давление в плевральной полости способствует тому, что легкие следуют за расширением грудной клетки и в них поступает воздух.
При выдохе ребра опускаются, диафрагма поднимается, вытесняя воздух из легких.
Чистота атмосферного воздуха является решающим фактором в деле сохранения здоровья человека, так как вредные примеси могут не только раздражать органы дыхания, вызывать кашель, удушье, аллергическую реакцию, но и проникать в кровь. Систематическое вдыхание некоторых веществ приводит к профессиональным заболеваниям, например, к силикозу у шахтеров.
Угарный газ при вдыхании образует прочное соединение с гемоглобином эритроцитов, что делает невозможным перенос кровью кислорода. При этом наступает быстрая смерть от удушья. Симптомами отравления являются головокружение, звон в ушах, слабость, одышка, ослабление пульса, тошнота, рвота, потеря сознания.
До прибытия скорой помощи пострадавшего необходимо вынести на свежий воздух, дать кислородную маску, что способствует удалению из крови угарного газа. Дать понюхать нашатырный спирт, обложить грелками, дать крепкий горячий чай или кофе, проводить искусственное дыхание, растирание тела.
С учетом того, что потеря сознания и смерть может наступить через довольно большой промежуток времени, лиц, которые могли вдыхать угарный газ, например, при пожаре, нельзя оставлять без присмотра.
При оказании первой помощи утопающему нужно позаботиться об удалении из дыхательных путей воды и ила. После чего делается искусственное дыхание, а в случае отсутствия пульса — непрямой массаж сердца, с силой надавливая ладонью на область сердца в ритме около 60 раз в минуту.
8 Уровни и системы регуляции у растений
Регуляторные
системы растений – системы восприятия
и передачи внутренних и внешних сигналов.
На внутриклеточном
уровне
это метаболическая, генетическая и
мембранная системы регуляции, на
межклеточном
– трофическая, гормональная и
электрофизиологическая системы. Уровни
регуляции:
организменный, тканевый, клеточный.
Регуляция обеспечивает гомеостаз
организма, то есть сохранение постоянства
параметров внутренней среды; она
необходима также для его развития и
адаптации к изменяющимся условиям
внешней среды. На всех уровнях организации
гомеостаз обеспечивается обратными
связями.
Например, интенсивная
транспирация, приводящая к дефициту
воды в тканях листа, вызывает сужение
устьичных отверстий, что снижает
испарение и восстанавливает оптимальный
водный режим растения.
ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЕ
СИСТЕМЫ РЕГУЛЯЦИИ
Относятся:
метаболическая, генетическая и мембранная
системы регуляции. Все эти системы тесно
связаны между собой. Во всех случаях
белковая молекула (фермент, рецептор,
регуляторный белок) “узнает”
специфический для нее фактор и,
взаимодействуя с ним, изменяет свою
конфигурацию.
Метаболическая
система регуляции
основана на изменении функциональной
активности ферментов. В живых клетках
существуют несколько способов влиять
на ферментативную активность – регуляция
путем воздействия на ферменты ионной
силой, рН, t°,
P
и др. Способы регуляции ферментов:
аллостерическая, изостерическая,
модификация структуры ферментов.
У
многих ферментов активация или инактивация
зависит от их фосфорилирования с участием
протеинкиназ или дефосфорилирования
под действием протеинфосфатаз.
Потенциально активные ферменты могут
не функционировать из-за их компартментации
(то есть расположения в специальных
“отсеках” клетки), например в
лизосомах.
Инактивация ферментов может
происходить благодаря их связыванию
со специфическими ингибиторами белковой
природы, а также путем их тотального
разрушения протеиназами. Генетическая
регуляция
осуществляется в ходе синтеза новых
белков, в том числе и ферментов, на уровне
транскрипции, трансляции и процессинга.
Молекулярные механизмы регуляции здесь
те же (рН, ионы, модификация молекул,
белки-регуляторы), однако сложность
регуляторных систем возрастает. Роль
генов состоит в хранении и передаче
генетической информации. Дифференциальная
активность генов зависит от действия
различных факторов. Например, ауксин и
цитокинины необходимы для индукции
деления растительных клеток.
Избыток
ауксина в этой паре фитогормонов включает
генетическую программу корнеобразования,
а избыток цитокинина – программу развития
побега. Для реализации генетической
информации, хранящейся в ДНК хромосом,
в клетке существует сложная система
регуляции.
Мембранная
регуляция
осуществляется благодаря изменениям
в мембранном транспорте, связыванию
или освобождению ферментов и регуляторных
белков и путем изменения активности
мембранных ферментов. Все функции
мембран – барьерная, транспортная,
осмотическая, энергетическая,
рецепторно-регуляторная и др.
– одновременно
являются и различными сторонами механизма
регуляции внутриклеточного обмена
веществ. Причем особое значение во всех
этих механизмах имеет система мембранных
хемо-, фото- и механорецепторов, позволяющих
клетке оценивать качественные и
количественные изменения во внешней и
внутренней среде и в соответствии с
этим изменять функциональную активность
клетки.
МЕЖКЛЕТОЧНЫЕ
СИСТЕМЫ РЕГУЛЯЦИИ
Включают
в себя трофическую, гормональную и
электрофизиологическую системы. Такие
взаимодействия сразу обнаруживаются
при попытках культивировать те или иные
части и органы растений в изолированном
виде.
Во всех случаях для поддержания
жизни изолированных частей в инкубационную
среду необходимо добавлять трофические
и гормональные факторы, в норме поступающие
из других органов целого растения.
Трофическая
регуляция
– взаимодействие с помощью питательных
веществ – наиболее простой способ связи
между клетками, тканями и органами.
У
растений корни и другие гетеротрофные
органы зависят от поступления ассимилятов
– продуктов, образующихся в листьях в
процессе фотосинтеза. В свою очередь,
надземные части нуждаются в мин. в-ах и
воде, поглощаемых корнями из почвы.
Корни используют ассимиляты, поступающие
из побега, на собственные нужды, а часть
трансформированных орг. в-в движется в
обратном направлении.
Очевидно, витамины
поступают в корни из побегов. Однако
трофическая регуляция носит скорее
количественный, чем качественный,
характер. При ограниченном питании у
растений, как правило, развитие
продолжается в соответствии с внутренними
закономерностями, но у них формируются
органы уменьшенного размера и сокращается
количество листьев, плодов и семян.
Интересно, что при этом конечная величина
сформировавшихся семян (даже если это
одно семя) мало отличается от нормы. Все
это указывает, что наряду с трофическими
взаимодействиями в растительном мире
функционируют более совершенные системы
регуляции, обеспечивающие взаимодействие
всех его частей. Гормональная
система
– важнейший фактор регуляции и управления
у растений.
Фитогормоны – ауксин (ИУК),
цитокинины (зеатин), гиббереллины, АБК,
этилен – сравнительно низкомолекулярные
орг. в-ва с высокой физиологической
активностью, присутствующие в тканях
в очень низких концентрациях, с помощью
которых клетки, ткани и органы
взаимодействуют между собой.
Как правило,
фитогормоны вырабатываются в одних
тканях, а действуют в других, однако в
некоторых случаях они функционируют в
тех же клетках, где образуются.
Характерной
особенностью фитогормонов, отличающей
их от других физиологически активных
веществ (витаминов, микроэлементов),
является то, что они включают физиологические
и морфогенетические программы –
корнеобразование, созревание плодов и
т.д.
Активные формы фитогормонов действуют
только на компетентные к этим фитогормонам
клетки, то есть на клетки, в мембранах
и цитоплазме которых присутствуют
рецепторы специфические для этих
фитогормонов. Взаимодействие фитогормона
со своим рецептором запускает цепь
реакций преобразования гормонального
сигнала в функциональные ответы клетки.
Эти ответы могут быть разными в зависимости
от типа рецепторов, концентрации
фитогормона и соотношения этой
концентрации с уровнем других фитогормонов,
а также от взаимосвязи рецептора с теми
или другими молекулярными комплексами,
участвующими в трансдукции гормонального
сигнала. Электрофизиологич.
система
у раст.
включает в себя возникновение
градиентов биоэлектропотенциалов (БЭП)
между разными частями растения и
генерацию распространяющихся потенциалов
(потенциала действия). Градиенты БЭП
возникают благодаря различию величин
мембранного потенциала (МП) в клетках
разных тканей и органов растит. организма.
Эти градиенты не остаются постоянными,
а совершают медленные периодические
колебания, обусловленные изменениями
условий внутренней и внешней среды.
Распространяющиеся потенциалы
индуцируются, как правило, при резких
и сильных воздействиях на клетки факторов
внешней и внутренней среды. Как
распространяющиеся потенциалы, так и
градиенты БЭП у растений, выполняют
информационные функции. Примером
сигнальной функции электрических
импульсов служит двигательная реакция
у Mimosa (складывание листочков, опускание
черешков и веток), которая запускается
ПД. Наложение извне разности потенциалов
на части растения оказывает влияние на
интенсивность их роста.
Все
системы регуляции тесно взаимосвязаны.
Фитогормоны оказывают влияние на
функциональную активность мембран и
транспорт трофических факторов.
Электрическая сигнализация действует
на транспорт ионов, метаболитов, в том
числе фитогормонов и т.д.
Важно подчеркнуть,
что межклеточные системы регуляции на
клеточном уровне действуют только через
внутриклеточные системы регуляции, то
есть через метаболическую, генетическую
и мембранную системы. Т. о.
осуществляется
принцип иерархии систем регуляции в
целом растительном организме.
Загрузка...
