Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 10 клас. Андерсон - Нова програма

Тема 4

РЕПРОДУКЦІЯ ТА РОЗВИТОК

З історії відкриттів

Проблеми репродукції та онкологічних захворювань людини, становлення та розвиток транспланталогії неможливо було розв’язати без успіхів молекулярної біології та біології розвитку.

Розвиток молекулярної біології пов’язаний з винаходом методу визначення нуклеотидної послідовності ДНК, за який американський учений Вільям Гілберт й англієць Фредерік Сенгер у 1980 р. отримали Нобелівську премію з хімії. Це привело до нових відкриттів у галузі досліджень будови й функціонування генів. На початок XXI ст. було отримано дані про первинну структуру всієї ДНК людини й низки інших організмів, найбільш важливих для медицини, сільського господарства та наукових досліджень. У 2003 році було повідомлено про майже повне розшифрування структури ДНК людини. Нерозшифрованою залишалася лише першахромосома, найбільша з-поміж усіх. 1 травня 2006 року дослідники Інституту Сенгера - геномного дослідницького центру в Англії - разом з американськими колегами оголосили про закінчення етапу роботи з розшифрування повного геному людини. Першу хромосому утворюють майже 250 млн пар нуклеотидів (близько 8% від геномулюдини). У ній записано інформацію про 2000 генів. Це майже 10 % від усього генотипу людини.

Велику кількість відкриттів було зроблено й у галузі біології розвитку. У 1898 р. професор Київського університету Св. Володимира Сергій Гаврилович Навашин відкрив подвійне запліднення в рослин. У XX ст. Нобелівською премією відзначено кількох видатних науковців: Ханс Шпеман розкрив механізм індукції розвитку одних частин ембріона іншими (1935 р.), Стенлі Коен та Рита Леві-Монтальчіні виявили ростові чинники - речовини, що регулюють ріст і розвиток різних частин організму (1986 р.), Едвард Льюїс, Крістіана Нюсляйн-Фольхард та Ерік Вішаус розкрили механізми генетичної регуляції ембріогенезу (1995 р.)

Сергій Гаврилович Навашин (1857-1930)

Рита Леві-Монтальчіні (1909-2012)

§ 44. Репродукція як механізм забезпечення безперервності існування видів

Що таке еволюція?

Як генетична інформація передається до наступних поколінь організмів?

Здатність до самовідтворення або репродукції є однією з ключових властивостей життя. Вона властива не лише живим системам, проте ці системи мають унікальні, притаманні виключно живому механізми самовідтворення.

Репродукція як ознака живого. Здатність до репродукції виявляється на всіх рівнях організації живого. На молекулярному рівні вона забезпечена механізмами реплікації нуклеїнових кислот і пов’язаним із цим синтезом білків. Ключову роль у цьому відіграє принцип комплементарності. На основі інформації, записаної в ДНК, синтезуються молекули РНК та білки. Деякі ферменти забезпечують процес подвоєння молекул ДНК - реплікацію. Інші білки беруть участь у клітинному поділі, забезпечуючи передавання молекул ДНК дочірнім клітинам, у результаті чого цикл молекулярної репродукції замикається (рис. 204). На клітинному рівні основою самовідтворення є процес поділу. Ви пам’ятаєте, що утворення нових клітин відбувається лише шляхом поділу наявних. Клітинний поділ безпосередньо пов’язаний з описаними вище молекулярними процесами, адже йому завжди передує подвоєння генетичного матеріалу. На організмовому рівні репродукція пов’язана з утворенням нових організмів у процесі розмноження. У багатьох видів розмноження відбувається статевим шляхом, тобто пов’язано з обміном між різними організмами генетичною інформацією за допомогою спеціалізованих статевих клітин (рис. 205). Важливим наслідком цього є формування описаної раніше комбінативної мінливості. Альтернативою є нестатеве розмноження, зокрема вегетативне (за допомогою частин організму). У цьому випадку організми наступного покоління будуть мати генотип, ідентичний батьківському. Значення репродукції організмів полягає в підтримці чисельності популяцій, що є важливим для підтримки їхньої стійкості та існування видів загалом. Стійкість популяцій забезпечує стійкість екосистем, до складу яких вони входять. Відтак репродукція організмів є неодмінною складовою та запорукою тривалого існування життя.

Рис. 204. Самовідтворення на молекулярному рівні

Інформація ДНК кодує структуру білків. Білки забезпечують подвоєння ДНК та передавання її наступним поколінням.

Поясніть зв’язок функцій нуклеїнових кислот та білків у репродукції на молекулярному рівні.

Рис. 205. Репродукція людини, пов’язана з утворенням спеціалізованих статевих клітин

Статеві клітини розвиваються з клітин попередників. Після запліднення формується спеціалізована клітина - зигота, з якої розвивається новий організм. Він утворює статеві клітини, і цикл репродукції повторюється.

Поясніть, як неперервність існування клітин пов’язана із репродукцією організмів.

Репродукція та еволюція. Репродукція забезпечує відтворення та підтримку живих систем. Проте не треба розуміти цей процес лише як копіювання наявних форм. За змін умов існування живі форми також змінюються, адаптуючись під них. Механізмом цього є природний добір, матеріалом для якого є спадкова мінливість, зокрема мутаційна. Шляхом накопичення з покоління в покоління змін організми можуть стати настільки відмінними від вихідної форми, що ми починаємо розглядати їх як різні види. Такі зміни відбуваються дуже поступово, їх можна побачити лише на великих часових проміжках (рис. 206). Варто наголосити, що не існує дискретних моментів, коли один вид перестає бути ним і стає іншим. Учені детально дослідили становлення багатьох груп організмів, зокрема і нашого біологічного виду - Людина розумна, що ви вивчали у минулому році. Зібравши разом наявні відомості про еволюційні зміни, науковці здатні реконструювати процес поступових змін живих форм - від сучасних форм до спільних предків різних груп, ніби «прокручуючи назад» еволюційний процес, спостерігаючи процес переходу одних видів у інші в оберненому напрямку. У результаті такого аналізу сформовано уявлення про останнього універсального спільного предка сучасних організмів, який існував 3,5-3,8 млрд років тому (рис. 207).

Рис. 206. Поступове перетворення форм предків сучасних коней. Цифри - час існування, млрд років тому

Рис. 207. Зв’язок гіпотетичного останнього універсального предка (LUCA) із сучасними живими формами

1. Дайте означення поняття репродукція.

2. Поясніть механізми, які уможливлюють репродукцію на різних рівнях живого.

3. Поясніть взаємозв’язок репродукції з еволюційними процесами.

4. Запропонуйте аргументи на підтвердження думки щодо репродукції як механізму забезпечення безперервності існування виду.