БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Комментарии к схеме №

Существует две основных концепции возникновения жизни на Земле: концепция абиогенеза и концепция биогенеза. Идеи абиогенеза исходят из того, что жизнь на Земле возникла из неживой материи посредством химической эволюции. Концепции биогенеза исходят из принципа «все живое – от живого», то есть жизнь на Землю была занесена из Космоса. Основные этапы эволюции жизни на Земле представляет геохронологическая шкала.

Геохронологи́ческая шкала́ — временная шкала истории Земли, которая делится на эоны.

Эон (др.-греч. αἰών «век, эпоха») — отрезок времени геологической истории, которая делится на эры. В геологии различают четыре эона длительностью:

Эонотема (от др.-греч. aion — «век, эпоха») — крупнейшая единица международной стратиграфической шкалы; отложения, образовавшиеся в течение эона. Kаждая эоносфера отражает этап геологического развития Земли (глубинного строения, а также литосферы, гидросферы, атмосферы) и органического мира — биосферы.

Геологи́ческая э́ра — это участок геохронологической шкалы, подинтервал эона. Например, кайнозойская эра. Геологическая эра разделяется на геологические периоды. Границами, разделяющими эры, служат катастрофические вымирания.

В стратиграфии геологическая эра соответствует эратеме, то есть геологическая эра — это промежуток времени в геологической истории Земли, в течение которого сформировалась эратема.

Геологи́ческий пери́од — это участок геохронологической шкалы, подинтервал геологической эры.

На геохронологической шкале большинство периодов разделяются на эпохи. В стратиграфии геологический период соответствует геологической системе, то есть геологический период — это промежуток времени в палеонтологической и геологической истории Земли, в течение которого образовался и отложился слой пород, образующих соответствующую геологическую систему.

Геологическая система является основной единицей международной стратиграфические шкалы, как соответствующая естественному этапу в развитии земной коры и биосферы Земли.

Геологическая эпоха — единица геохронологической шкалы, часть геологического периода. Текущая геологическая эпоха — голоцен, начавшийся около 12 тысяч лет назад в конце последнего ледникового максимума.

Катархей (греч. «ниже древнейшего») — геологический эон, первая половина архея. На территории планеты тогда осуществлялась интенсивная вулканическая деятельность. Происходило формирование земной коры. Катархей охватывает первые полмиллиарда лет существования нашей планеты. В то время существовали только ландшафты неприветливой суровой и холодной пустыни с чёрным небом (вследствие очень разрежённой атмосферы), слабо греющим Солнцем (его светимость была на 25—30 % ниже современной) и во много раз большим диском Луны (на расстоянии около 17 тыс. км от Земли, в настоящее время среднее расстояние между центрами Земли и Луны — 384 467 км при среднем радиусе Луны 1737,10 км). Рельеф напоминал испещрённую метеоритами поверхность современной Луны. Сутки в начале катархея длились 6 часов.

Архей (др.-греч. ἀρχαῖος — древний) — геологический эон. Первые прокариоты. Первые анаэробные бактерии, которые сформировали многие ныне существующие залежи полезных ископаемых: серы, графита, железа и никеля.

Протерозой (греч. πρότερος — первый, старший, греч. ζωή — жизнь) — геологический эон. Приходит на смену архею. Происходит образование кислородной атмосферы, появляется озоновый слой планеты. Не позднее 2,4 млрд. лет назад содержание кислорода в атмосфере уже достигло примерно 10 % от современного — произошла кислородная катастрофа (кислородная революция). Результатом кислородной катастрофы стало возникновение на Земле окислительных процессов.

Накопление O₂ в атмосфере Земли, млрд. лет назад:
1. (3.85 - 2.45) – O₂ не производился.
2. (2.45 - 1.85) – O₂ производился, но поглощался океаном и породами морского дна.
3. (1.85-0.85) – O₂ выходит из океана, но расходуется при окислении горных пород на суше.

4. (0.85-0.54) – все горные породы на суше окислены, начинается накопление O₂ в атмосфере.

Далее формируется современный объем мирового океана. Первые эукариоты.

Фанерозой (др.-греч. φανερός — явный, ζωή — жизнь) — геологический эон. Период «явной» жизни. Началом фанерозойского эона считается кембрийский период, когда произошло резкое увеличение числа биологических видов. Предшествующий эон называется криптозой, то есть время «скрытой» жизни, поскольку следов её проявления находят очень мало.

Доке́мбрийский период, или криптозо́й (от греч. κρυπτός kryptós — скрытный и греч. ζωή, zoe — жизнь) — общее название той части геологической истории Земли, которая предшествовала началу кембрийского периода когда возникла масса организмов, оставляющих ископаемые остатки в осадочных породах. На докембрий приходится большая часть геологической истории Земли.

Осадочные горные породы — горные породы, характерные для поверхностной части земной коры. В формировании осадочных горных пород участвуют различные геологические факторы: продукты разрушения ранее существовавших пород, механическое и химическое выпадение осадка из воды, жизнедеятельность организмов.

Первые прокариоты (бактерии) появились около 4 млрд. лет назад. Первые эукариоты (клетки с ядром) образовались примерно 2 млрд. лет назад в результате, возможно в результате симбиоза прокариот. Первые многоклеточные организмы появились около миллиарда лет назад в результате симбиоза эукариот. Около 600 млн. лет назад появились первые крупные животные (например, рыбы). 400 млн. лет назад жизнь вышла на сушу. 300 млн. лет назад появились деревья (с твёрдыми волокнами) и пресмыкающиеся, 200 млн. лет назад — динозавры и яйцекладущие млекопитающие, 65 млн. лет назад вымерли динозавры и появились плацентарные млекопитающие, около 100 тыс. лет назад появился современный человек

Живые организмы состоят из органических веществ, воды и минеральных соединений. Фенотипические признаки организмов в основном определяются набором их генов, в которых записана большая часть наследственной информации. Количество генов может варьировать от нескольких генов у простейших вирусов до десятков тысяч у высших организмов (около 30 тыс. у человека).

Носителем генетической информации является ДНК — сложная органическая молекула, имеющая форму двойной спирали. Информация на ней «записана» в виде последовательности нуклеотидов, полимером которых она является. В генетическом коде используется лишь 4 буквы-нуклеотида; код един для всех земных организмов.

Феноти́п — (от греческого слова phainotip — являю, обнаруживаю) совокупность характеристик, присущих индивиду на определённой стадии развития. Фенотип формируется на основе генотипа, опосредованного рядом внешнесредовых факторов.

Геноти́п — совокупность генов данного организма, которая характеризует особь, а не вид.

Вирус (от 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), заключённые в белковую оболочку, способные инфицировать живые организмы. Белковая оболочка, в которую упакован геном, называют капсидом.

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).

Прио́ны (от англ. proteinaceous infectious particles — белковые заразные частицы) — особый класс инфекционных агентов, чисто белковых, не содержащих нуклеиновых кислот, вызывающих тяжёлые заболевания центральной нервной системы у человека и ряда высших животных. Прионы — единственные организмы, размножение которых происходит без участия нуклеиновых кислот.

Полимеры (греч. Πολύ- — много; μέρος — часть) — неорганические и органические, аморфные и кристаллические вещества, получаемые путём многократного повторения различных групп атомов, соединённых в длинные макромолекулы химическими или координационными связями. Полимер — это высокомолекулярное соединение: количество мономерных звеньев в полимере (степень полимеризации) должно быть достаточно велико. Во многих случаях количество звеньев может считаться достаточным, чтобы отнести молекулу к полимерам, если при добавлении очередного мономерного звена молекулярные свойства не изменяются.

Биополиме́ры — класс полимеров, встречающихся в природе в естественном виде, входящие в состав живых организмов: белки, нуклеиновые кислоты. Биополимеры обычно состоят из одинаковых звеньев — мономеров. Мономеры белков — аминокислоты, нуклеиновых кислот — нуклеотиды.

Прокариоты или доядерные — одноклеточные живые организмы, не обладающие оформленным клеточным ядром.

Современная клеточная теория включает следующие основные положения:

№ 1 Клетка — единица строения, жизнедеятельности, роста и развития живых организмов, вне клетки жизни нет;

№ 2 Клетка — единая система, состоящая из множества закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определенное целостное образование;

№ 3 Клетки всех организмов сходны по своему химическому составу, строению и функциям;

№ 4 Новые клетки образуются только в результате деления исходных клеток;

№ 5 Клетки многоклеточных организмов образуют ткани, ткани образуют органы. Жизнь организма в целом обусловлена взаимодействием составляющих его клеток;

№ 6 Клетки многоклеточных организмов имеют полный набор генов, но отличаются друг от друга тем, что у них работают различные группы генов, следствием чего является морфологическое и функциональное разнообразие клеток — дифференцировка.

Археи— одноклеточные прокариоты, на молекулярном уровне заметно отличающиеся как от бактерий. Отличия наблюдаются в компонентах синтеза белка и устойчивости к факторам внешней среды (большая часть — экстремофилы).

Экстремофилы — совокупное название для живых существ способных жить и размножаться в экстремальных условиях окружающей среды (например, высокие или низкие температуры, чрезмерное давление).

Бакте́рии ( др.-греч. Βακτήριον — палочка) — прокариотные (безъядерные) микроорганизмы, подавляющее большинство одноклеточных. По форме клеток они могут быть округлыми (кокки), палочковидными (например, бациллы), извитыми (например, спирохеты), реже — других форм. Формой определяются такие способности бактерий, как прикрепление к поверхности, подвижность, поглощение питательных веществ.

Эукарио́ты — одноклеточные и многоклеточные организмы, клетки которых содержат ядра. Эукариотические клетки во много раз крупнее прокариотических. Клетки эукариот включают различные структуры, известные как органоиды. Ядро — это часть клетки, окружённая у эукариот двойной мембраной и содержащая генетический материал: молекулы ДНК,

Кле́тка — элементарная единица строения и жизнедеятельности всех живых организмов (кроме вирусов), обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию.

Цитоло́гия (греч. κύτος — «вместилище» и λόγος — «учение», «наука») — раздел биологии, изучающий живые клетки, их органоиды, их строение, функционирование, процессы клеточного размножения, старения и смерти.

Ядро (лат. nucleus) — это один из структурных компонентов эукариотической клетки, содержащий генетическую информацию (молекулы ДНК). В ядре происходит репликация — удвоение молекул ДНК, а также транскрипция — синтез молекул РНК на молекуле ДНК. В ядре же синтезированные молекулы РНК подвергаются ряду модификаций, после чего выходят в цитоплазму. Образование субъединиц рибосом также происходит в ядре в специальных образованиях - ядрышках.

Хромосо́мы (др.-греч. χρῶμα — цвет и σῶμα — тело) — структуры в ядре эукариотической клетки. Хромосомы представляют собой высокую степень конденсации хроматина, постоянно присутствующего в клеточном ядре. В хромосомах сосредоточена большая часть наследственной информации.

Хроматин — это вещество хромосом — комплекс ДНК, РНК и белков. Хроматин находится внутри ядра клеток эукариот.

Гены — это участки ДНК, несущие какую-либо целостную информацию — о строении молекулы белка или молекулы РНК. Они определяют развитие, рост и функционирование организма. Гены могут подвергаться мутациям — случайным или целенаправленным изменениям последовательности нуклеотидов в цепи ДНК.

Наследственность — это свойство организмов повторять в ряду поколений сходные типы обмена веществ и индивидуального развития в целом. Эволюция организмов происходит посредством изменения наследственных признаков организма. Наследственные признаки контролируются генами. Совокупность всех генов организма образует его генотип.

Полный набор поведенческих и структурных черт организма называют фенотипом. Фенотип организма образуется за счет взаимодействия генотипа с окружающей средой.

Геноти́п — совокупность генов данного организма, которая, в отличие от понятий генома и генофонда, характеризует особь, а не вид.

Геном человека — геном биологического вида Homo sapiens. В геноме присутствует 23 пары различных хромосомы: 22 из них не влияют на пол, а две хромосомы (X и Y) задают пол. Соматические клетки обычно имеют 23 хромосомных пары: по одной копии хромосом с 1-й по 22-ю от каждого родителя соответственно, а также X хромосому от матери и Y или X хромосому от отца. В общей сложности получается, что в соматической клетке содержится 46 хромосом. Размер генома человека составляет 3 миллиарда пар оснований. Каждая из 23 пар хромосом содержит отдельную линейную двунитевую молекулу ДНК. Размер ДНК в самой большой хромосоме 1 (хромосомы нумеруют по размеру) - 250 миллионов пар нуклеотидов, а в самой маленькой - 47 миллионов.

что численность популяции в период видообразования составляла около 10 000 человек.

Сравнительные исследование мтДНК разных популяций современных людей позволило выдвинуть предположение , что еще до выхода из Африки, около 60-70 000 лет назад (в этот период также наблюдалось снижение численности, но не столь значительное, как предыдущее) предковая популяция разделилась по крайне мере на три группы, давшие начало трем расам - африканской, азиатской и европейской.

С.А. Боринская, Н.К. Янковский Институт общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН

Ядрышко находится внутри ядра и не имеет собственной мембранной оболочки. Основной функцией ядрышка является синтез рибосом.

Дезоксирибонуклеи́новая кислота́ (ДНК) — один из двух типов нуклеиновых кислот, обеспечивающих хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живы организмов. Основная роль ДНК в клетках — долговременное хранение информации о структуре РНК и белков.

В клетках эукариотов (например, животных или растений) ДНК находится в ядре клетки в составе хромосом. С химической точки зрения ДНК — это длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы. В ДНК встречается четыре вида азотистых оснований (аденин, гуанин, тимин и цитозин).

Эмпирическая формула химического соединения — представляет собой линейную запись из символов химических элементов, сопровождающуюся подстрочными индексами, указывающими отношение элементов в соединении.

Эмпирическая (от греч.εμπειρια — опыт) означает, что определение элементного состава производится при помощи количественного анализа.

Рибонуклеи́новые кисло́ты (РНК) — нуклеиновые кислоты, в состав которых входит рибоза (в отличие от ДНК, содержащей дезоксирибозу) и азотистые основания — аденин, цитозин, гуанин и урацил (в отличие от ДНК, содержащей вместо урацила тимин). Молекулы РНК одновременно служат как в качестве носителя информации, так и в качестве катализатора химических реакций

Нуклеоти́ды — фосфорные органические соединения нуклеозидов,. Например АТФ, АДФ, которые являются составляющими частями нуклеиновых кислот.

Нуклеозиды — азотистое основание, связанное с сахаром (рибозой или дезоксирибозой).

АТФ (аденозинтрифосфа́т) — нуклеотид, играет исключительно важную роль в обмене энергии и веществ в организмах; в первую очередь соединение известно как универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах.

АДФ (аденозиндифосфат) — нуклеотид, состоящий из аденина, рибозы и остатков фосфорной кислоты. АДФ участвует в энергетическом обмене во всех живых организмах.

Рибоза — моносахарид с эмпирической формулой С₅Н₁₀О₅.

Дезоксирибо́за — моносахарид с эмпирической формулой C₅H₁₀O_4.

Аденин — азотистое основание с эмпирической формулой C₅H₅N_5.

Азо́тистые основа́ния — органические соединения, входящие в состав нуклеиновых кислот.

Нуклеи́новые кисло́ты (от лат. nucleus — ядро) — органические соединения, которые выполняют функции по хранению, передаче и реализации наследственной информации.

Цитозин — азотистое основание с эмпирической формулой C₄H₅N₃O.

Гуани́н — азотистое основание с эмпирической формулой C₅H₅N₅O.

Урацил — является компонентомрибонуклеиновых кислот C₄H₄N₂O₂

Тимин — азотистое основание с эмпирической формулой С ₅H₆N₂O_2.

Азо́т — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 7. Обозначается символом N (лат. Nitrogenium). Простое вещество азот (формула N₂) — инертный при нормальных условиях газ без цвета, вкуса и запаха, из которого на три четверти состоит земная атмосфера.

Рибосома — органоид живой клетки диаметром 100—200 ангстрем. Рибосомы служат для биосинтеза белка из аминокислот на основе генетической информации, предоставляемой матричной РНК, или мРНК. Этот процесс называется трансляцией.

А́нгстрем — единица измерения расстояний, равная 10⁻¹⁰ м (1 Å = 0,1 нм = 100 пм; 10000 Å = 1 мкм). Названа в честь шведского физика и астронома Андерса Ангстрема. Данная единица измерения часто используется в физике, поскольку 10⁻¹⁰ м — это приблизительный радиус орбиты электрона в невозбуждённом атоме водорода.

Водоро́д (калька с латинского Hydrogenium обозначается символомH) — первый элемент периодической системы элементов. Широко распространён во Вселенной. Простое вещество водород (формула H₂)— лёгкий бесцветный газ.

Белки́ (протеи́ны) — органические вещества, состоящие из аминокислот. Белки синтезируются живыми организмами из аминокислот на основе информации, закодированной в генах. Каждый белок состоит из уникальной последовательности аминокислот, которая определяется нуклеотидной последовательностью гена, кодирующего данный белок.

Аминокисло́ты (аминокарбо́новые кисло́ты) — органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы.

Карбоксильная группа (карбоксил) -СООН — функциональная группировка, входящая в состав карбоновых кислот и определяющая их кислотные свойства. Карбоксильная группа сочетает в себе две функциональные группы — карбонил -CO и гидроксил -OH, взаимно влияющие друг на друга.

Аминогру́ппа —группа — NH₂, остаток аммиака (NH₃).

Протоктисты –эукариоты, которые считаются подобными предкам современных растений, животных и грибов. Сюда же относятся и организмы, напоминающие ранние растения, (водоросли), ранних животных (простейшие) и ранние грибы (Oomycota).

Простейшие (Protozoa) – группа микроскопических одноклеточных животных.

Слизевики́ илимиксомице́ты — группа наземных организмов, обычно относимых к псевдогрибам или грибоподобным организмам.

Водоросли – это низшие водные растения, которые в зависимости от вида либо прикрепляются к подводным поверхностям, либо свободно живут в воде. Они могут иметь разную форму и цвет (зеленый, коричневый, красный).

Оомицеты – группа мицелиальных организмов. Обитают преимущественно в водной среде, где вызывают инфекции рыб или являются сапротрофами. Другие являются паразитами высших растений.

Сапротрофы (редуценты) — микроорганизмы, разрушающие отмершие останки мёртвых существ, превращающие их в неорганические соединения и простейшие органические соединения.

Паразити́зм (от др.-греч. Παράσιτος — «нахлебник») — один из видов сосуществования организмов. Это явление, при котором два и более организма, генетически разнородные, сосуществуют в течение продолжительного периода времени. Паразит использует хозяина как источник питания, среду обитания.

Грибы (см. приложение №) – группа низших организмов. Своеобразие грибов определяется сочетанием признаков как растений, так и животных. С животными их сближает гетеротрофный способ питания, наличие хитина в составе клеточной оболочки. А растения они напоминают неподвижностью, неограниченным верхушечным ростом. Вегетативное тело грибов (мицелий или грибница) представляет собой систему тонких ветвящихся нитей (гиф), находящихся на поверхности или внутри субстрата, где поселяется гриб. Обычно грибница имеет огромную общую поверхность, чтобы увеличить всасывающую способность.

Хитридиомицеты — отдел царства грибов. Объединяет в основном одноклеточные и микроскопические формы, Мицелий слаборазвит. Тесно связаны с водной средой (морской и пресноводной), где паразитируют на водорослях и беспозвоночных.

Зигомицетыотдел царства грибов. В основном наземной среды обитания, живут в почве или на разлагающихся растениях или животных.

Аскомицеты (от греч. ἀσκός — сумка), или сумчатые грибы — отдел царства грибов, объединяющий организмы с разделённым на части мицелием. Из известных представителей аскомицетов можно назвать сморчки и трюфели.

Базидиомицеты — отдел царства грибов. Характеризуются специальными органами размножения – базидиями, образующимися в результате полового процесса. Вырастающие на мицелии плодовые тела разнообразны по форме, окраске, консистенции и размерам. К известным базидиомицетам относятся опенки, дождевики.

Микроспоридии — уникальная группа грибов, облигатные внутриклеточные паразиты животных. Споры микроспоридий содержат уникальный комплекс органелл – аппарат экструзии, предназначенный для заражения клетки хозяина путем прокола ее оболочки и вбрасывания зародыша непосредственно в цитоплазму. Функционально спора микроспоридий превращена в живой шприц. Механический способ переноса зародыша из споры в клетку животного-хозяина не известен для других протистов и, будучи примитивным, говорит о древности этих организмов.

Споры – специализированные клетки грибов и растений, служащие для размножения и расселения.

Цитоплазма – часть клетки, коллоидная система с находящимися в ней органоидами.

Гарибова Л. В., Лекомцева С. Н. Основы микологии. — М., 2005.