Охрана видов птиц и млекопитающих.

Медицинское значение млекопитающих.

Происхождение класса Млекопитающих, классификация.

Общая характеристика класса Млекопитающие.

Общая характеристика класса Птицы

Известно свыше 9000 современных видов птиц, в фауне Беларуси — 305 видов.

Некоторые общие признаки современных птиц:

1) гомойотермные оперенные амниоты;

2) передние конечности преобразованы в крылья;

3) редукция хвоста;

4) полые кости;

5) беззубые челюсти, вытянутые в одетый роговым покровом клюв;

6) только один затылочный мыщелок;

7) в коже только копчиковая железа;

8) крупные яйца с белковой и известковой оболочками;

9) мощное развитие базальных ганглиев переднего мозга;

10) полное разделение артериальной и венозной крови, так как сохранена только одна правая дуга аорты, а сердце — четырехкамерное;

11) у самок нормально развит только левый яичник.

Тело птиц компактное, обтекаемое, голова небольшая, шея длинная и подвижная. Туловище заканчивается хвостом.

Кожа птиц тонкая, сухая, почти лишена желез. Только у некоторых видов имеется копчиковая железа, вырабатывающая жироподобный секрет, который повышает водоотталкивающее свойство оперения. Особенно сильно она развита у водоплавающих птиц. Производные эпидермиса — роговой покров клюва, когти и роговые чешуйки, которые покрывают пальцы и цевку. Производными кожи являются и перья. Тело птиц покрыто перьями, которые у большинства видов располагаются не повсеместно, а лишь на некоторых участках — птерилиях. На других участках — аптериях — перьев вовсе или почти нет.

Перья подразделяются на контурные и пуховые. Среди контурных перьев различают:

• рулевые (перья хвоста), участвующие в управлении полетом и в торможении при посадке;

• маховые (перья крыльев), образующие поверхности крыла и поддерживающие птицу в воздухе;

• кроющие, покрывающие тело сверху.

Пуховые перья располагаются под контурными, способствуют сохранению постоянной Температуры тела. Все птицы линяют: изношенные перья выпадают, а на их месте вырастают новые. Очень своеобразно линяют утки, гуси, лебеди, поганки и гагары. Маховые перья у них выпадают почти одновременно и птицы на долгое время утрачивают возможность летать. Гуси, некоторые утки, лебеди в это время собираются в глухих, труднодоступных местах по берегам рек, озер и морей, концентрируясь здесь в огромном количестве, иногда помногу тысяч особей.

Скелет птицы легкий, так как кости наполнены воздухом, прочный. Позвоночник состоит из пяти отделов — шейного, грудного, поясничного, крестцового и хвостового. Шейные позвонки чрезвычайно подвижны. В грудном отделе позвонки срастаются между собой, несут ребра, которые подвижно соединены с грудиной и образуют грудную клетку. В результате слияния поясничных, крестцовых и частично хвостовых позвонков с тазовыми костями образуется сложный крестец — опора для задних конечностей.

На грудине имеется выступ — киль, служащий для прикрепления мышц. Только страусовые птицы не имеют киля, их грудина лишь слегка выпуклая. У пингвинов киль грудины развит сильно, так как передние конечности выполняют у них большую работу при нырянии.

В черепе различают мозговую коробку с глазницами и челюсти, лишенные зубов. Кости черепа полностью срастаются вплоть до исчезновения швов.

Передняя конечность — крыло — состоит из плеча, предплечья и кисти. Плечо образовано плечевой костью, предплечье — локтевой и лучевой, кисть состоит из запястья, пясти и фалангов пальцев. Пальцев всего три. Пояс передних конечностей состоит из парных лопаток, коракоидов и ключицы. Левая и правая ключицы срастаются, образуя характерную для птиц «вилочку». Крыло всецело приспособлено к полету.

Задняя конечность образована бедром, голенью из сросшихся берцовых костей и цевкой, формирующейся за счет срастания костей предплюсны и плюсны в единую кость. К нижнему краю цевки прикрепляется четыре пальца.

Как и у наземных позвоночных пояс нижних конечностей — тазовый пояс — образован сросшимися тремя парами костей: подвздошными, седалищными, лобковыми. Лобковые и седалищные кости у птиц не срастаются друг с другом по средней линии тела; такой таз называют открытым. Он дает возможность откладывать крупные яйца.

Мускулатура птиц имеет ряд особенностей:

• мышечная система более дифференцирована, чему рыб, амфибий и рептилий, что обусловлено более сложными движениями;

• наиболее крупные мышцы, приводящие в движение конечности, располагаются на туловище, а к самим конечностям идут сухожилия;

• в связи с огромной работой, выполняемой крыльями, основная масса мускулатуры располагается не на спинной стороне тела, а на груди, где лежат мышцы, приводящие в движение крылья.

Грудные мышцы достигают 20 % общей массы птицы и служат для опускания крыла. Лежащие подними подключичные мышцы, служат для поднимания крыла.

Пищеварительная система характеризуется отсутствием зубов. Органом захватывания и удерживания пищи является клюв. Пища через рот и глотку поступает в длинный пищевод, который образует расширение — зоб, где она размягчается.

Желудок разделяется на два отдела — железистый, выделяющий желудочный сок, и мускульный, где происходит механическое перетирание пищи. Измельчение пищи достигается не только движениями кутикулярной оболочки желудка, но и нaличиe: в полости желудка специально проглоченных камешков, которые играют роль жерновов.

Кишечник состоит из двенадцатиперстной кишки, тонкой и очень короткой задней кишки, заканчивающейся клоакой.

В двенадцатиперстную кишку открываются протоки печени и поджелудочной железы. Остатки непереваренной пищи не накапливаются в задней кишке. Чем облегчается масса птицы.

Органами выделения служат тазовые почки с мочеточниками, открывающимися в клоаку. Мочевого пузыря нет, что также является приспособлением к полету.

Азотистые экстреты у различных групп животных:

Органы дыхания птиц также приспособлены к полету. Воздух через полость носа и глотку поступает в трахею, которая в грудной полости делится на два бронха. В этом месте расположен голосовой аппарат. Бронхи входят в легкие и многократно ветвятся в них. Главные разветвления пронизывают легкие насквозь и расширяются в воздушные мешки, располагающиеся между мышцами, внутренними органами, заходят в трубчатые кости.

Основная роль воздушных мешков в том, что они определяют механизм дыхания, особенно при полете.

Сидящая птица дышит путем удаления и приближения грудины относительно позвоночника, что связано с изменением углов между подвижно сочлененными грудными и спинными частями ребер. При опускании грудины объем грудной клетки увеличивается, растягиваются соответствующие воздушные мешки и засасываемый в них воздух проходит через легкие. При поднятии грудины происходит выталкивание воздуха. Одновременно роль насоса играют и сами легкие.

При полете грудина в связи с напряжением грудных и подключичных мышц фиксируется неподвижно и роль насоса выполняют только воздушные мешки. При подъеме крыльев они растягиваются, и воздух с силой засасывается в легкие и далее в мешки. Газообмена в мешках не происходит, а воздух, засасываясь в них при входе проходит через легкие так быстро, что не успевает отдать крови так много кислорода. При опускании крыльев происходит выдох и через легкие продувается воздух с большим содержанием кислорода, следовательно, на этой фазе дыхания вновь происходит окисление крови. Это явление получило название двойного дыхания. Приспособительное значение его совершенно очевидно. Чем чаще птица машет крыльями, тем интенсивнее она дышит.

Нервная система птиц состоит из головного и спинного мозга. Передний и средний мозг обеспечивают сложные формы поведения. Сильно развит мозжечок, что связано со сложной координацией движений полета. От мозга отходят 12 пар черепных нервов. Спинной мозг образует плечевое и поясничное сплетение. Основу поведения птиц составляют безусловные рефлексы, которые определяют различные формы поведения (брачные танцы, строение гнезда, насиживание и выкармливание птенцов, миграции и т. д.). Однако, в отличие от пресмыкающихся, у птиц отмечается способность к выработке и условных рефлексов.

Кровеносная система характеризуется полным разделением артериального и венозного кровотоков. Сердце четырехкамерное, состоит из двух предсердий и двух желудочков. В левой части сердца птиц находится артериальная кровь, а в правой — венозная. От желудочков сердца отходит только два сосуда, а не три как у пресмыкающихся: правая дуга аорты — от левого желудочка и легочная артерия от правого.

Из органов чувств хорошо развиты зрение и слух. Глаза обладают двойной аккомодацией (отмечается изменение не только формы хрусталика, но и расстояния между ним и сетчаткой). Глаза снабжены тремя веками (верхним, нижним и мигательной перепонкой). Все птицы обладают цветовым зрением.

Орган слуха состоит из трех отделов — внутреннего и среднего уха и наружного слухового отверстия.

Птицы — раздельнополые животные. У самца половая система парная (два семенника, два семяпровода), у самки не парная (левый яичник и яйцевод). Семяпроводы и яйцевод открываются в клоаку. Яйцо птиц представляет сложное образование. Оно состоит из собственно яйца, называемого желтком, и системы яйцевых оболочек. Оплодотворение у птиц внутреннее, тип развития — прямой. По степени зрелости птенцов к моменту вылупления делят на выводковых и птенцовых. Выводковые птенцы (страусы, гусеобразные, курообразные) покрыты пухом, зрячие и после обсыхания могут бегать, искать пищу. Птенцовые (голуби, дятлы, воробьиные) рождаются слепыми, голыми, долго нуждаются в заботе родителей. Птицы заботятся о потомстве.

Происхождение птиц, их классификация

Птицы — самый молодой класс позвоночных, развившийся из рептилий лишь во второй половине мезозойской эры. «Промежуточным звеном» является известный из юрского периода археоптерикс, «первоптица», обнаруженная всего в шести экземплярах в ФРГ и соединяющая в себе признаки обоих классов («мозаичный» тип строения). Признаки рептилий:

• длинный хвост (20-21 позвонков);

• челюсти с зубами;

• брюшные «ребра»;

• не полностью сросшиеся косточки пясти;

• пальцы крыла с когтями;

• маленький мозг. Птичьи признаки:

• перья;

• ключицы, сросшиеся в вилочку;

• первый палец на ноге направлен назад;

• частично полые кости.

Археоптерикс, вероятно, передвигался по земле скачками, балансируя передними конечностями (крыльями), и используя их для ловли насекомых. К настоящему полету птицы могли перейти как от прыжков с земли, так и от планирования с деревьев.

Класс Птицы насчитывает около 9000 видов, которые объединены в три надотряда: надотряд Плавающие птицы (пингвины), надотряд Бегающие (страусы, киви), надотряд Типичные птицы (куриные, гусиные, воробьиные и т. д.).

Значение птиц в природе и жизни человека

Значение птиц в природе:

а) ограничивают рост растений;

б) содействуют опылению цветковых растений;

в) способствуют распространению плодов и семян;

г) ограничивают численность других животных (беспозвоночных, грызунов и т. д.);

д) в цепях питания служат кормами для других животных (птиц, пресмыкающихся, млекопитающих).

Значение птиц для человека:

а) промысловые и домашние птицы поставляют мясо, яйца, пух; .

б) насекомые и хищные птицы уничтожают вредителей сельского и лесного хозяйства;

в) птичий помет — ценное органическое удобрение;

г) эстетическое и научное значение.

Медицинское значение птиц

Птицы переносят вирус птичьего гриппа. Специалисты опасаются, что вирус будет мутировать и начнет передаваться не только от птицы к человеку, но и между людьми.

Мигрирующие птицы транспортируют возбудителей тяжелых заболеваний человека и сельскохозяйственных животных. В настоящее время известно 60 арбовирусов, экологически связанных с птицами. Арбовирусы — экологическая группа вирусов, передающихся позвоночным кровососущими членистоногими (комарами, клещами).

Общая характеристика класса Млекопитающие

Известно около 4500 видов млекопитающих, на территории нашей республики обитает 76 видов. Это высший класс позвоночных животных.

Основные признаки млекопитающих:

• гомойотермные;

• кожа с волосяным покровом, молочными, потовыми и сальными железами;

• гетеродонтная зубная система с двумя генерациями зубов — молочными и постоянными;

• два затылочных мыщелка;

. • у подавляющего большинства 7 шейных позвонков;

• брюшная полость отделена от грудной диафрагмой;

• мощное развитие коры переднего мозга;

• полностью разделены артериальная и венозная кровь. Тело у млекопитающих, как и у пресмыкающихся состоит из головы, шеи, туловища, хвоста и конечностей. Наиболее распространен тип наземных четвероногих зверей. Они имеют высокие ноги, которые располагаются под туловищем, а не по бокам как у рептилий. В этой связи коленный сустав направлен вперед, а локтевой назад, а не в стороны как у рептилий. Тело покрыто кожей.

Кожа представлена многослойным эпидермисом и собственно кожей, переходящей в жировую клетчатку. Производными эпидермиса являются кожные придатки — волосы, ногти, когти, копыта. Волосы наиболее типичны для млекопитающих. Каждый волос состоит Из ствола и корня, заканчивающегося луковицей, в основание которой входит волосяной сосочек. Он служит для питания волоса. Корень волоса сидит в волосяной сумке, в которую открываются протоки сальных желез, продуцирующих жироподобное вещество для смазки волос. Вся система кожных покровов имеет огромное значение для терморегуляции в теле млекопитающих.

Волосяной покров, а у водных видов (киты, тюлени) — подкожный слой жира существенно предохраняет тело от излишней потери тепла.

Исключительно большую роль играет система кожных кровеносных сосудов. Диаметр просветов регулируется нервно-рефлекторным путем. При расширении сосудов кожи теплоотдача резко увеличивается, при сужении их теплоотдача сильно сокращается.

Известное значение для охлаждения организма имеет также испарение с поверхности кожи воды, пота, выделяемого потовыми железами.

Кожные железы у млекопитающих, в отличие от птиц и рептилий, многочисленней и разнообразней. Основные типы желез следующие: потовые (трубчатые), сальные (гроздевидные), пахучие, млечные.

Пахучие железы представляют видоизменения потовых или сальных желез. Примером являются анальные железы куньих, секрет которых имеет очень резкий запах и служит, в основном, для защиты от преследующих врагов. Особенно сильно развиты эти железы у американских скунсов, или вонючек, способных выпрыскивать большие порции зловонного секрета на значительные расстояния.

Видоизменением потовых желез являются млечные железы, их число от 1 до 14 пар у различных видов.

В скелете млекопитающих отмечается четкое расчленение позвоночника на пять отделов. Между позвонками имеются плоские сочлененные поверхности с хрящевыми дисками между ними. Шейный отдел состоит из 7 позвонков. Исключение представляют только ламантины, у которых шесть шейных позвонков, и виды ленивцев, имеющих от 6 до 10 позвонков. Грудные позвонки (12—15) сочленены с ребрами и вместе с грудиной образуют грудную клетку. Позвонки поясничного отдела (2—9) имеют лишь рудименты ребер. Крестцовый отдел обычно состоит из 4 сросшихся позвонков, а число хвостовых позвонков бывает различным.

Пояс передней конечности образуют лопатка и ключица, задней — три сросшиеся тазовые кости. У млекопитающих в поясе передних конечностей редуцирован коракоид, а ключица сохраняется, главным образом, у летающих (рукокрылые), роющих (крот) и лазающих, которые хватаются за ветви (приматы), форм. Полностью исчезает ключица там, где конечности совершают в основном маятникообразные движения вдоль продольной оси тела (копытные, хищные). Здесь плечевой пояс подвижно (без прочной связи с грудной клеткой и позвоночником) лежит в окружающей мускулатуре. Лопатка всегда присутствует.

Передняя конечность состоит из плеча, предплечья и кисти, задняя — из бедра, берцовых костей и костей стопы.

Череп отличается большой мозговой коробкой. Нижняя челюсть образована одной костью.

Мышечная система достигает исключительного развития и сложности, насчитывает несколько сот поперечнополосатых мышц. Большого развития достигают подкожные мышцы. У приматов и человека они образуют мимическую мускулатуру. Только для млекопитающих характерно наличие диафрагмы, отделяющей грудную полость от брюшной. Диафрагма играет большую роль при дыхании.

Пищеварительный тракт начинается преддверием рта, расположенным между свойственными только млекопитающим мясистыми губами, щеками и челюстями. У хомяков, бурундуков, обезьян преддверие расширяется, образуя большие защечные мешки. Челюсти несут зубы. Они гетеродонтны, т. е. дифференцированы на резцы, клыки и коренные. В ротовой полости располагается язык и открываются протоки слюнных желез. Развитость слюнных желез находится в зависимости от характера питания. У китообразных они практически не развиты; у жвачных же получили исключительно сильное развитие. Так, корова в сутки выделяет около 56 л слюны. Ротовая полость переходит в глотку, пищевод, за ним следует желудок с многочисленными железами, двенадцатиперстная кишка, тонкая, толстая и прямая кишка, анальное отверстие. Секрет печени и поджелудочной железы поступает в двенадцатиперстную кишку, способствует перевариванию пищи.

Весьма сложно устроен желудок у жвачных копытных, например, у коровы. Он состоит из четырех отделов:

1) рубца, внутренняя поверхность которого несет твердые вздутия;

2) сетки, стенки которой разделены на ячейки;

3) книжки со стенками, несущими продольные складки;

4) сычуга, или железистого желудка.

Попавшая в рубец пища, под влиянием слюны и деятельности бактерий подвергается брожению. Из рубца пища поступает в сетку, откуда путем отрыгивания она попадает снова в рот. Здесь пища размельчается зубами и обильно смачивается слюной. Возникшая полужидкая масса заглатывается по узкому желобку, соединяющему пищевод с книжкой, поступает в книжку и далее в сычуг. Описанное приспособление имеет большое значение, так как пищей является трудноперевариваемая растительная масса.

Выделительная система представлена тазовыми почками и мочеточниками, впадающими в мочевой пузырь, который открывается мочеиспускательным каналом.

Органы дыхания: глотка, гортань, трахея, два бронха, легкие. Бронхи ветвятся на бронхиолы, оканчивающиеся пузырьками — альвеолами, в которых происходит газообмен. В легких происходит не только газообмен, но они имеют существенное значение в терморегуляции. Особенно это характерно для видов со слаборазвитыми потовыми железами.

В кровеносной системе млекопитающих, как и у птиц, два круга кровообращения — малый и большой. Сердце четырехкамерное, имеется одна левая дуга аорты. Эритроциты безъядерны.

Нервная система млекопитающих, как и других позвоночных, представлена головным и спинным мозгом. Головной мозг крупный. Увеличение его объема связано с разрастанием коры полушарий переднего мозга и мозжечка. Кора больших полушарий покрыта многочисленными бороздами и извилинами, которые увеличивают ее площадь. Мозжечок состоит из двух полушарий и центральной части (червяка). Мозжечок обеспечивает сложные формы координации движений. От головного мозга отходит 12 пар черепных нервов.

Органы чувств млекопитающих характеризуются высоким развитием обоняния, при помощи которого животное ориентируется в пространстве, добывает пищу. Органы зрения развиты слабее, чем у птиц, так как аккомодация у них достигается только при изменении формы хрусталика. Ряд млекопитающих не обладают цветовым зрением (например, собака).

Органы вкуса в виде эпителиальных сосочков имеются на языке и мягком небе. Органы осязания находятся на коже и в виде длинных жестких волос (вибрисс), расположенных на голове (так называемые «усы»), на нижней части шеи, на груди, у некоторых форм (например, у белки) вибриссы расположены и на брюхе.

В основании волосяного мешка и в его стенках располагаются нервные волокна, воспринимающие соприкосновения стержня вибриссы с посторонними предметами.

Сложное строение имеет орган слуха, состоящий из трех отделов: внутреннего, среднего и наружного уха, внутренний конец которого затянут барабанной перепонкой. В полости среднего уха у млекопитающих находится не одна слуховая косточка, как у амфибий, рептилий и птиц, а три: молоточек, наковальня и стремечко, которое упирается в овальное окно внутреннего уха. У ряда видов зверей обнаружена способность к звуковой эхолокации (у летучих мышей), китообразных (дельфины), ластоногих (тюлени).

Все млекопитающие раздельнополы. Органы размножения самцов начинаются парными семенниками. Продуцируемая ими сперма (семя) выводится из организма по семяпроводам через копулятивный орган. Семенные пузырьки и предстательная железа выделяют секрет, который образует жидкую часть спермы и активизирует сперматозоиды.

Органы размножения самок объединяют парные яичники, яйцеводы с фаллопиевыми трубами, матку и влагалище. Оплодотворение внутреннее. У большинства млекопитающих эмбрион получает питательные вещества и кислород от материнского организма через детское место — плаценту. Она формируется из зародышевых оболочек эмбриона и слизистой матки. В ней кровеносные сосуды детского и материнского организмов сплетаются, но не срастаются. В результате этого устанавливается связь между кровяными руслами эмбриона и родителя. Детенышей выкармливают молоком.

Происхождение и классификация Млекопитающих

Млекопитающие развились на рубеже палеозоя и мезозоя (пермь-триас) из зверообразных рептилий. Современные отряды сформировались в третичном периоде, при этом многие группы вымерли.

В настоящее время класс Млекопитающие включает около 4,5 видов и делится на два подкласса — Первозвери (яйцекладущие), Настоящие звери, или Живородящие.

На территории нашей республики обитает 80 видов.

Яйцекладущие или первозвери — реликтовые формы, распространение которых ныне ограничено Австралией и Новой Гвинеей. С рептилиями их сближают следующие признаки:

1) откладывание крупных, богатых желтком яиц, вынашиваемых затем в сумке (у ехидны) или насиживаемых (у утконоса);

2) плечевой пояс с коракоидом;

3) клоака.

Признаки млекопитающих:

1) волосяной покров;

2) гомойотермия (еще не совершенная);

3) млечные железы;

4) гетерогаметия самцов.

Сумчатые рождают недоразвитых детенышей (короткая беременность), которых донашивают, вскармливают молоком в сумке или между кожными складками на брюхе. В настоящее время они встречаются только в Австралии и Южной Америке; только один малоспециализированный вид, североамериканский опоссум, расселился и по Северной Америке. Разнообразные сумчатые смогли сохраниться лишь там, где географическая изоляция избавила их от конкуренции с плацентарными млекопитающими,

В Австралии среди сумчатых известны хищники (сумчатый волк, сумчатая куница), насекомоядные (сумчатый крот, сумчатая землеройка, сумчатый муравьед сумчатая летяга), плоде- и листоядные (древесные кенгуру, коала) и, наконец, крупные травоядные (кенгуру). Эта адаптивная радиация четко демонстрирует, как в Австралии специализированные сумчатые сумели освоить все те экологические ниши, которые на других материках оказались занятыми плацентарными.

Высших зверей (большинство современных видов) можно лишь условно назвать плацентарными, так как у ряда сумчатых эмбриональные оболочки плода вступают в связь со стенкой матки, а плацента образуется даже у некоторых акул. Однако у высших зверей она наиболее совершенна.

Характеристика подклассов и отрядов класса Млекопитающие (см. таблицу). ,

Значение млекопитающих в природе и жизни человека

В природе:

1. Участвуют в распространении семян, в естественном возобновлении растительности.

2. Участвуют в рыхлении почвы, обогащении ее кислородом, органическими и минеральными веществами.

3. Растительноядные звери регулируют рост и развитие растений.

4. Хищные звери регулируют численность других животных, поедая трупы, выполняют санитарную роль.

Для человека:

1. Промысловые и домашние животные дают мясо, молоко, шерсть, кожу, жир, и т. д.

2. Вредные животные (грызуны) — вредят культурным растениям и уничтожают запасы продовольствия; хищные животные могут нападать на домашний скот.

3. Объект спортивной охоты (заяц).

4. Эстетическое значение.

Медицинское значение млекопитающих. Ряд видов млекопитающих имеет эпидемическое значение, так как они являются хранителями и передатчиками многих опасных для человека инфекционных заболеваний.

Сурки, суслики, песчанки, крысы — бациллоносители и распространители страшного заболевания людей — чумы. Чумные палочки передаются человеку при непосредственном контакте или через, питающихся на больных зверьках, блох.

При вирусных энцефалитах возбудителей от больных зверьков — грызунов, насекомоядных, передают клещи.

Некоторые млекопитающие используются для получения лекарств. Так, из молодых, не окостеневших рогов оленей, изготавливают ценный препарат пантокрин.

Действие и эффективность новых лекарственных препаратов испытывают на животных.

Охрана видов птиц и млекопитающих

Ученые считают, что каждый день исчезает с Земли один вид животного или растения. Для восстановления численности редких и особо ценных зверей и птиц созданы заповедники. Так, в Астраханском заповеднике, расположенном в дельте Волги, охраняются пеликаны, белые цапли, лебеди. В Кандалакшском (Баренцево и Белое море) под защитой находится гага. Воронежский занимается охраной и разведением бобров, Баргузинский заповедник на Байкале занят разведением соболя. В Беловежской пуще особую ценность представляет зубр, кроме того, многочисленные олени, косули, кабаны, глухари, рябчики; гнездится черный аист.

Все редкие и находящиеся под угрозой исчезновения животные занесены в Красные книги.

Виды, внесенные в Красную книгу Беларуси:

Птицы: филин, черный аист, беркут, выпь большая, зимородок, коршун красный, змееяд, дятел трехпалый и др.

Млекопитающие: зубр, барсук, выхухоль, медведь бурый, кот лесной среднеевропейский — как исчезнувший вид, вечерница гигантская, ночница большая, летяга обыкновенная, соня-полчок и др.

Тест 13

1. Видов современных птиц известно:

а) свыше 9000; 6)500; в) около 1000.

2. Какие животные относятся к амниотам:

а) пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие;

б) рыбы, земноводные;

в) рыбы, земноводные, пресмыкающиеся?

3. Позвоночник у птиц состоит из:

а) четырех отделов;

б) пяти отделов;

в) шести отделов.

4. Коракоид — это часть:

а) грудной клетки;

б) пояса нижних конечностей;

в) пояса верхних конечностей.

5. Какая кровь находится у птиц в правом предсердии и правом желудочке:

а) венозная;

6)артериальная?

6. У млекопитающих череп с позвоночником соединяется:

а) двумя мыщелками;

б) одним мыщелком;

в) тремя мыщелками.

7. В мозговой части черепа млекопитающих:

а) три парные кости;

б) две парные кости;

в) нет парных костей.

8. У млекопитающих органы выделения представлены:

а) туловищными почками;

б) тазовыми почками;

в) головной почкой.

9. Фаллопиевы трубы — это отдел:

а)семенников;

б) яичников;

в) матки.

10. Расположите в порядке появления на Земле группы животных:

a) рукокрылые;

b) непарнокопытные;

c) насекомоядные.

а) а, с, Ь; 6) а, Ь, с;

в) с, Ь, а; г) с, а, Ь.

Литература

1. Р.Г.Заяц, И.В. Рачковская и др. Биология для абитуриентов. Минск, «Юнипресс», 2009г., с. 269-324.

2. Л.Н. Песецкая. Биология. Минск, «Аверсэв», 2007г., с.220-236.

3. Н.Д. Лисов, Н.А. Лемеза и др. Биология. Минск, «Аверсэв», 2009г, с.237-316.

4. Е.И. Шепелевич, В.М. Глушко, Т.В. Максимова. Биология для школьников и абитуриентов. Минск, «УниверсалПресс», 2007г., с.456-476.

ЛЕКЦИЯ 14. Закономерности наследственности и изменчивости.

• Наследственность и изменчивость. Гибридологический метод изучения наследственности.

• Моногибридное скрещивание.

• Дигибридное скрещивание.

• Хромосомная теория наследственности.

• Генотип как целостная система.

Генетика изучает два основных свойства организмов — наследственность и изменчивость. Способность родителей передавать свои признаки следующему поколению получила название наследственности. Наследственность консервативна, она сохраняет уже возникшие черты и свойства организмов. Однако если бы живой природе было присуще только это свойство, то она так и остановилась бы в своем развитии на уровне коацерватов, эволюция была бы невозможна.

Изменчивость — способность потомков приобретать новые свойства, отсутствующие у родителей. Изменчивость революционна, она источник формирования новых признаков и свойств, которые не были присущи предкам данных форм живых организмов.

Методы, используемые в генетике, разнообразны, но основной из них — гибридологический. Он был разработан Г. М е н д е л е м в 1865 г.

Особенности гибридологического метода.

1. Исследование отдельных пар признаков в потомстве скрещиваемых организмов одного вида, отличающихся по одной, двум, трем парам контрастных (альтернативных) признаков.

2. В каждом поколении необходимо вести учет отдельно по каждой паре альтернативных признаков, без учета других различий между скрещиваемыми организмами.

3. Использование количественного учета гибридных организмов, различающихся по отдельным парам альтернативных признаков, в ряду последовательных поколений.

4. Применение индивидуального анализа потомства от каждого гибридного организма.

Работа Г. Менделя «Опыты над растительными гибридами» была доложена в 1865 г. и вышла в свет в 1866 г., но осталась не замеченной. Лишь в 1900 г. законы Менделя были переоткрыты одновременно в трех странах: в Голландии — де Ф р и з о м, в Германии — К. Корренсом, в Австрии — Э. Чермаком.

В 1928 г. Н. К. Кольцов (1872-1940) развил концепцию о молекулярном строении хромосом и химической природе гена, чем предвосхитил главные положения современной молекулярной генетики.

Ген — это участок молекулы ДНК, кодирующий первичную структуру полипептида, молекулы транспортной или рибосомаль-ной РНК.

Строение гена эукариот

Согласно современным представлениям ген, кодирующий синтез определенного белка, у эукариот состоит из нескольких обязательных элементов. К обязательным элементам гена эукариот относятся:

а) регуляторная зона, оказывающая сильное влияние на активность гена в той или иной ткани организма на определенной стадии его индивидуального развития;

б) промотор — участок ДНК длиной до 80—100 нуклеотидов, ответственный за связывание РНК-полимеразы, осуществляющей транскрипцию данного гена;

в) структурная часть гена заключает в себе информацию о первичной структуре белка.

Важная особенность эукариотических генов — их прерывистость. Это значит, что гены состоят из нуклеотидных последовательностей двух типов:

• экзоны — это участки ДНК, которые несут информацию о строении белка и входят в состав РНК;

• интроны — не кодируют структуру белка и в состав зрелой молекулы иРНК не входят.

Процесс вырезания интронов и сращивания экзонов при образовании иРНК называется сплайсингом. Этот процесс осуществляется специальными ферментами.

Пара генов, расположенных в одинаковых участках (локусах) парных (гомологичных) хромосом и определяющих контрастные (альтернативные) признаки, называется аллельными генами.

Признак, проявляющийся у гибридов в первом поколении, — доминантный, не проявляющийся (подавленный) — рецессивный.

(все остальные хромосомы, не связанные с определением пола, называются аутосомами). Половые хромосомы у женщин одинаковы, их называют Х-хромосомы. Все яйцеклетки содержат по одной Х-хромосоме. Пол, образующий гаметы, одинаковые по половой хромосоме, называется гомогаметным и обозначается как XX. У мужчин имеется одна Х-хромосома и одна Y-хромосома. При сперматогенезе образуются гаметы двух сортов. Пол, образующий гаметы, неодинаковые по половой хромосоме, называется гетерогаметным и обозначается как XY.

Наследование, сцепленное с полом. Рассмотрим наследование генов, расположенных в Х-хромосоме. В половых хромосомах могут находиться гены, не имеющие отношения к развитию половых признаков. Например, Х-хромосома человека содержит ген, обусловливающий свертываемость крови (Н). Его рецессивный аллель (h) вызывает тяжелое заболевание, характеризующееся пониженной свертываемостью крови, — гемофилию. Например:

Половина мальчиков от такого брака будет страдать гемофилией. При локализации гена в Y-хромосоме признаки передаются только от отца к сыну. Например, в Y-хромосоме человека находится ген, вызывающий рост волос по краю ушной раковины (гипертрихоз). Определение пола по плоидности имеет место у пчел:

Сцепленное наследование. Т. Морган и его школа создали хромосомную теорию наследственности и показали, что причина сцепления генов — это расположение их в одной хромосоме. Весь комплекс генов, локализованных в одной хромосоме, называют группой сцепления. События, приведшие Моргана к открытию сцепления, можно проиллюстрировать одним из его экспериментов на дрозофиле.

Скрещивались мушки с черным телом (bb) и длинными крыльями (W) с мухами с серым телом (ВВ) и зачаточными крыльями (w). В первом поколении все потомство было серым длиннокрылым:

При скрещивании рецессивной по обоим признакам самки с гибридным самцом из первого поколения образовалось 50 % мух с черным телом и длинными крыльями:

Если же скрещивается дигетерозиготная самка из первого поколения с гомозиготным рецессивным самцом, то результат иной. Наиболее многочисленными (83 %) оказались мухи с сочетанием признаков, которое было у родительских форм (серое тело с зачаточными крыльями и черное тело с длинными крыльями). Мухи с новыми комбинациями признаков (черное тело, зачаточные крылья и серое тело, длинные крылья) составили 17 %:

Данные результаты свидетельствуют о наличии сцепления генов и кроссинговера между ними.

Если в гаметогенезе происходит кроссинговер между гомологичными хромосомами, то говорят о неполном сцеплении генов, которое характерно для растений и животных. Исключением являются самцы дрозофилы и самки тутового шелкопряда, у которых кроссинговер не происходит.

На основании полученных результатов в опытах с дрозофилой, Т. Морган сформулировал правило:

гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются, преимущественно, сцеплено, причем, сила сцепления зависит от расстояния между генами.

Зная расстояние между генами, можно строить генетические карты. Генетическая карта хромосомы представляет собой отрезок прямой, на котором обозначен порядок расположения генов и указано расстояние между ними в морганидах (М). Морганида — это единица генетической карты, равная 1 % кроссинговера. Она является мерой относительного расстояния между локусами хромосомы.

Положения хромосомной теории наследственности

1. Гены локализованы в хромосомах. При этом различные хромосомы содержат неодинаковое число генов. Кроме того, набор генов каждой из негомологичных хромосом уникален.

2. Аллельные гены занимают одинаковые локусы в гомологичных хромосомах.

3. Гены расположены в хромосоме в определенной линейной последовательности.

4. Гены находятся в хромосомах, каждая из которых представляет группу их сцепления. Число групп сцепления у каждого вида организмов равно гаплоидному числу хромосом.

5. Между гомологичными хромосомами происходит перекрест (кроссинговер) и обмен аллельными генами.

6. Расстояние между генами в хромосоме пропорционально частоте перекреста и выражается в процентах кроссинговера между ними.

Процент кроссинговера между генами рассчитывается по формуле:

где х — процент кроссинговера;

а — число кроссоверных особей одного класса; Ь — число кроссоверных особей другого класса; п — общее число особей, полученных в результате анализирующего скрещивания

Генотип как целостная исторически сложившаяся система

При формировании генетических представлений о связи между геном и признаком изначально предполагалось, что каждому признаку соответствовал особый детерминатор (наследственный фактор), который обусловливал развитие своего признака.

Однако было установлено, что на один признак могут влиять многие гены и, наоборот, один ген часто влияет на многие признаки. Кроме того, действие гена может быть изменено соседством других генов или условиями внешней среды.

Зависимость нескольких признаков от одного гена носит название плейотропии или множественного действия генов. Примером плейотропного действия гена у человека является болезнь серповидноклеточная анемия. Мутация по этому гену приводит к замене двух аминокислот в двух цепочках из четырех в молекуле гемоглобина, что изменяет форму эритроцитов и вызывает нарушения в сердечно-сосудистой, пищеварительной, выделительной и нервной системах. В гомозиготном состоянии эта мутация является летальной в детском возрасте.

Ген, определяющий заболевание арахнодактилия («паучьи пальцы», или болезнь Морфана), вызывает нарушение развития соединительной ткани и оказывает влияние одновременно на развитие нескольких признаков (нарушение в строении хрусталика глаза, аномалии в сердечно-сосудистой системе).

Явление, когда за один признак отвечает несколько генов, называется взаимодействием генов. Если это аллели одного и того же гена, то такие взаимодействия называются аллельными, в случае разных генов — неаллельными.

Выделяют следующие типы аллельных взаимодействий: доминирование и неполное доминирование, градуальное (накопительное) действие генов, сверхдоминирование и кодоминантность.

Рассмотрим кодоминантность. Кодоминантность — участие обоих аллелей в определении признака у гетерозиготной особи. Классическим примером кодоминантности может служить наследование IV группы крови у человека (группа АВ). Ген, определяющий группу крови по системе АВО обозначается I. Число аллелей

Гомозиготным по данному признаку называется организм, у которого в обеих гомологичных хромосомах находятся одинаковые аллельные гены (АА или аа).

Гетерозиготным поданному признаку называется организм, у которого в обеих гомологичных хромосомах находятся разные гены одной аллельной пары.

Моногибридное скрещивание

Скрещивание, при котором родительские формы отличаются только по одной паре альтернативных признаков, называется моногибридным. Для опытов Г. Мендель брал горох, различающийся по цвету семян (желтые и зеленые):

В результате данного скрещивания Менделем был открыт закон единообразия гибридов первого поколения: при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков, все гибриды первого поколения единообразны как по генотипу, так и по фенотипу.

Английский генетик.Р. Пеннет (1906 г.) предложил для удобства записывать образующиеся генотипы в виде решетки:

Расщепление по генотипу: 1 АА: : 2 Аа : 1 аа, расщепление по фенотипу: 3 А_ : 1 аа.

Исходя из результатов второго скрещивания Мендель открыл второй закон — закон расщепления: при скрещивании двух гетерозиготных особей, т. е. гибридов, анализируемых по одной паре альтернативных признаков, в потомстве происходит расщепление по фенотипу в соотношении 3 : 1 и по генотипу 1:2:1.

Для объяснения закономерностей, вытекающих из второго закона Менделя, У. Бэтсон в 1902 г. сделал обобщение, вошедшее в генетику под названием закона чистоты гамет: гены в гаметах у гибридных особей не гибридны, а чисты.

В некоторых случаях при гибридологическом анализе приходится выяснять генотип неизвестного гибридного организма. Для этих целей применяют анализирующее скрещивание — скрещивание гибридной особи, генотип которой неизвестен, с «анализатором» (гомозиготной по рецессивным аллелям особью):

1. Единообразие потомства — искомый генотип АА.

2. Расщепление в потомстве-1 : 1 —генотип Аа.

В том случае, если потомство единообразно, генотип неизвестного организма гомозиготен — АА:

Если в потомстве наблюдается расщепление по фенотипу 1 : 1, то генотип неизвестного организма — Аа:

Дигибридным называется такое скрещивание, при котором родители отличаются друг от друга по двум парам изучаемых альтернативных признаков.

Для дигибридного скрещивания Мендель брал гомозиготные растения гороха, отличающиеся по двум парам признаков (окраске и форме семян), находящиеся в двух парах гомологичных хромосом:

В целях сокращения записи сходные фенотипы иногда обозначают фенотипическим радикалом — это та часть генотипа . организма, которая определяет его фенотип. Для данного скрещивания он будет:

9А_В_ : ЗааВ_ : 3A_bb : laabb.

Если сделать анализ потомства в F₂ по двум признакам, то расщепление будет в отношении 9:3:3: 1 или (3 : 1 )², т. е., расщепление по каждой Паре признаков идет независимо от других пар признаков. Это третий закон или закон независимого наследования признаков.

Решить задачи на дигибридное и полигибридное скрещивание во многих случаях можно без составления решетки Пеннета. Важно помнить математические закономерности при различных типах скрещивания.

Неполное доминирование. При неполном доминировании доминантный ген не полностью подавляет действие аллельного гена. У гетерозигот функционирующими оказываются оба гена, поэтому в фенотипе признак выражается в виде промежуточной формы. Закон единообразия гибридов первого поколения при неполном доминировании не теряет своего значения. Но во втором поколении потомство расщепляется фенотипически на три класса в отношении 1:2:1.

Хромосомная теория наследственности

В 1902 г. независимо друг от друга американский цитолог У. Сеттон и немецкий цитолог и эмбриолог Т. Б о в е р и высказали предположение, что гены расположены в хромосомах. Однако экспериментальное доказательство локализации конкретных генов в конкретных хромосомах было получено американским генетиком Т. Морганом только в 1910 г. и послужило основой для создания им хромосомной теории наследственности.

Генетика пола. Типы определения пола:

а) прогамный — определение пола происходит до слияния гамет и независимо от него, благодаря наличию двух типов яйцеклеток (у некоторых червей и коловраток);

б) эпигамный — формирование признаков пола в онтогенезе происходит после слияния гамет и независимо от него под влиянием внешних условий, в которых протекает развитие организма (у некоторых растений, морского червя бонеллия);

в) синганный — пол будущего организма определяется в момент слияния гамет и чаще всего в зависимости от типа сливающихся гамет (у большинства живых организмов). К сингамному типу относится хромосомное определение пола и определение пола по плоидности.

Хромосомное определение пола — это наиболее распространенный механизм, связанный с наличием особых половых хромосом, детерминирующих формирование мужского и женского полов

у гена I — три: 1°, Г\ 1^в. Явление, когда один ген имеет несколько аллельных состояний, называется множественным аллелизмом.

В IV группе крови 1^А1^В оба гена равнозначны — наследуются по принципу кодоминирования (не подавляя друг друга). Эритроциты людей этой группы имеют как антигены типа А (детерминируемые генами 1^А), так и антигены типа В (детерминируемые геном I^е). Ген 1^А в гомозиготном состоянии контролирует II группу крови (группа А) и I^е — III группу, группу В.

Неаллельные взаимодействия генов: комплементарность, эпистаз и полимерия.

Полимерия — это взаимодействие неаллельных генов, при котором проявление признака зависит от количества доминантных генов. Различают некумулятивную полимерию и кумулятивную полимерию. Некумулятивная полимерия: при скрещивании пастушьей сумки с треугольными и овальными плодами (стручками) в первом поколении образуются растения с плодами треугольной формы. При их самоопылении во втором поколении наблюдается расщепление в соотношений 15 : 1 (15 — с треугольными и 1 с овальными).

Кумулятивная полимерия: интенсивность окраски зерен пшеницы. Наиболее окрашенные А₁А,А₂А₂А₃А₃ и без пигмента a.aaa,.

Такие гены называются полигенами, полимерными или множественными генами. Полигены контролируют у растений массу семян, плодов, их количество, количество белков, жиров, витаминов, сахаров в плодах и семенах, в клубнях и листьях; продуктивность животных; цвет кожи, рост, массу тела, величину артериального давления у человека.

Биологическое значение полимерии заключается в том, что определяемые этими генами признаки более стабильны, чем кодируемые одним геном. Организм без полимерных признаков был бы крайне неустойчив: любая мутация или рекомбинация приводила бы к резкой изменчивости, а это в большинстве случаев невыгодно.

Тест 14

1. Основные закономерности наследственности впервые были установлены:

а) Т. Морганом;

б) Г. Менделем;

в) И. В. Мичуриным.

2. Сколько типов гамет образует особь, имеющая генотип АаВЬСс:

а) 3; , б) 6;

в) 8; г) 10?

3. Число фенотипов во втором поколении при моногибридном скрещивании:

а) два; б) три; в) четыре.

4. Пол будущего организма определяется в момент слияния гамет и чаще всего в зависимости от типа сливающихся гамет. Этот тип определения пола называется:

а) прогамным; б) эпигамным; в) сингамным.

5. Единицей измерения расстояния между генами является:

а) Морганида;

б) Теломера;

в) Центромера.

6. Передача генетического материала от одной клетки к другой — это:

а) транзиция; б) трансверсия;

в) транслокация; г) трансдукция.

7. Фенилкетонурия является генетическим заболеванием, вызванным рецессивной мутацией. Если оба родителя гетерозиготны по этому признаку, то вероятность рождения нормального ребенка равна:

а) 0; б) 1/2; в) '2/3; г) 3/4.

8. Растение томата, гетерозиготное по гену, определяющему красную и зеленую окраску стебля, и по гену, определяющему опушенность листьев волосками или отсутствием волосков, было скрещено с зеленым растением без волосков. Среди 500 потомков оказались: 42 красных опушенных; 202 красных без волосков; 209 зеленых опушенных; 47 зеленых без волосков. Расстояние в морганидах между этими генами составляет:

а) 17,8; б) 35,6; в) 8,9; г) 89.

9. При синдроме Дауна в клетках обнаруживается:

а) 45 хромосом;

б) 46 хромосом;

в) 47 хромосом.

10. Укажите наследование признака (черные кружки и квадраты) в данной родословной:

а) аутосомное, рецессивное;

б) аутосомное, доминантное;

в) сцепленное с полом, рецессивное.

Литература

1. Р.Г.Заяц, И.В. Рачковская и др. Биология для абитуриентов. Минск, «Юнипресс», 2009г., с. 618-636.

2. Л.Н. Песецкая. Биология. Минск, «Аверсэв», 2007г., с.44-60.

3. Е.И. Шепелевич, В.М. Глушко, Т.В. Максимова. Биология для школьников и абитуриентов. Минск, «УниверсалПресс», 2007г., с.70-87.

ЛЕКЦИЯ 15. Закономерности изменчивости