Реферат: Искусственный и естественный отбор. Энергетический обмен клетки

Вымирание, вызываемое естественным отбором. Этот вопрос необходимо упомянуть вследствие его тесной связи с естественным отбором. Естественный отбор действует только посредством сохранения изменений, в каком-нибудь смысле полезных и, следовательно, укореняющихся. Вследствие быстрого возрастания численности всех органических существ геометрической прогрессии каждый ареал уже до предела заполнен обитателями, а из этого вытекает, что, так как благоприятствуемые формы будут увеличиваться в числе, то менее благоприятствуемые будут обычно уменьшаться в числе и становиться редкими. Редкость формы - предвестник вымирания. Всякая форма представленная малым числом особей, имеет большие шансы на окончательное исчезновение, вследствие ли значительных климатических колебаний на протяжении года или вследствие временного увеличения числа ее врагов. Виды, наиболее богатые особями, обладают наибольшими шансами для появления во всякий данный период благоприятных изменений. Отсюда виды редкие будут во всякий данный период изменятся, и совершенствоваться медленнее и вследствие этого будут побеждены в жизненной борьбе изменившимися и улучшившимися потомками более обыкновенных видов. Из этого вытекает, что, так как с течением времени деятельностью естественного отбора образуются новые виды, то другие должны становится все более редкими и, наконец, исчезать. Формы, всего сильнее конкурирующие с теми, которые изменяются и совершенствуются, пострадают более всего. Каждая новая разновидность или новый вид будет в процессе своего образования сильнее всего подавлять своих ближних родственников и стремиться их истребить.

3. Половой отбор. Частный случай естественного отбора представляет половой отбор Размножение является в жизни живых существ фактором первостепенной важности, и если известные особенности данных индивидов обеспечивают для них возможность размножения, то они представляют настолько важное преимущество в борьбе за существование, что эти особенности могут накапливаться и усиливаться в последовательном ряде поколений, хотя бы даже они были в известной степени вредны для самой особи. Так, например, яркое оперение самца, громкий голос сами по себе могут быть опасны для него, привлекая внимание врагов, но раз эти особенности делают его более привлекательным в глазах самок, и следовательно, обеспечивают возможность оставить потомство — они имеют все шансы сохранения и усиления. Таким образом, наряду с упрочением и усилением признаков, полезных для каждой особи, может совершаться, тоже путем отбора, усиление признаков, важных для сохранения данной формы в ряду поколений путем обеспечения возможности размножаться и, следовательно, оставить потомство. Этот процесс называется половым П. И помимо указанных случаев естественный отбор может содействовать усилению таких признаков, которые полезны для сохранения вида, но могут быть и вредны для данной особи. Так, инстинкты заботы о потомстве, доходящие до самоотверженной защиты детенышей, могут привести к гибели данной особи, но они в общем выводе полезны для данного вида в борьбе за существование и имеют шансы сохраняться и усиливаться. То же самое относится и к взаимной привязанности между членами той же общины или стада, заставляющей жертвовать собою для защиты других, и т. п. Результат действия естественного отбора есть та поразительная гармония между организацией, привычками и т. п. данной органической формы и окружающими условиями: все, что менее соответствует этим условиям, гибнет, уступая место более приспособленным в тех или иных отношениях. Но было бы весьма ошибочно думать, что естественный отбор непременно должен вести к всестороннему гармоническому развитию организма, к прогрессу организации, как его обыкновенно понимают. В некоторых случаях, напротив, путем естественного отбора вырабатываются формы с весьма упрощенной организацией, иногда настолько, что их истинная природа может быть разгадана лишь с большим трудом; но всегда организмы, изменившиеся таким путем, являются в высшей степени приспособленными к известной определенной сумме внешних условий. Так, паразитизм влечет за собою более или менее сильное упрощение организации, недоразвитие органов движения, органов чувств, нервной системы и т. д., но зато организму обеспечен большой запас пищи; это позволяет ему вырабатывать громадное число яиц, что обеспечивает возможность сохранения вида.

4. Сходства и различия между естественным и искусственным отбором.

Для сравнения искусственного и естественного отборов приведем две таблицы, в которых рассматриваются формы отбора (см. табл. 1) и особенности эволюции культурных форм и природных видов (см. табл. 2).

Таблица 1. Формы отбора.

Показатели	Искусственный отбор	Естественный отбор
Исходный материал для отбора	Индивидуальные признаки организма	Индивидуальные признаки организма
Отбирающий фактор	Человек	Условия среды (живая и неживая природа)
Путь изменений:
благоприятных	Отбираются, становятся производительными	Остаются, накаплива-ются, передаются по наследству
неблагоприятных	Отбираются, бракуются, уничтожаются	Уничтожаются в борьбе за существование
Характер действия	Творческий — нап-равленное накопление признаков на пользу человека	Творческий — отбор приспособительных при знаков на пользу особи, популяции, вида, приво-дящий к возникновению новых форм
Результат отбора	Новые сорта растений, породы животных, штам-мы микроорганизмов	Новые виды
Формы отбора	Массовый; индивидуальный; бессознательный (стихийный); методический (сознательный)	Движущий, поддерживающий укло-нения в изменяющихся условиях среды; стабилизирующий. поддерживающий посто-янство средней нормы реакции при неизменных условиях среды

Таблица. 2 . Особенности эволюции культурных форм и природных видов.

Особенности эволюционного процесса	Эволюция культурных форм	Эволюция видов в природе
Предпосылки и движущие силы эволюции	Наследственная изменчивость. Искусственный отбор	Наследственная изменчивость. Борьба за существование. Естественный отбор
Темпы эволюции	Быстрые (на создание сорта иди породы требуется от 8—10 до 20 лет)	Медленные (тысячи и миллионы лет)
Результаты	Многообразие сортов, пород	Многообразие видов
Приспособленность	Живые организмы приспо-соблены к нуждам чело-века. Формы, обладающие менее полезными свойст-вами, выбраковываются.	Живые организмы приспо-соблены к условиям среды. Формы, обладающие менее полезными признаками, вымирают.

Из таблиц видно, что если естественный отбор ведет к эволюции видов в природе, к приспособленности особей вида к условиям окружающей среды, то отбор, производимый человеком, не является формой биологической эволюции. Например, можно сказать, что сорта растений и породы животных исключены из эволюции (в этом случае речь идет только об эволюции породы или сорта), так как, находясь под постоянной зашитой человека, они не вступают в борьбу за существование, или ее действие в значительной степени снижено. В результате особи различных культурных растений и пород животных оказываются приспособлены не столько к условиям окружающей среды, сколько к нуждам и потребностям человека. И если по каким-либо причинам сорта или породы оказываются без защиты человека, то они либо быстро гибнут, не выдерживая конкуренции со своими дикими сородичами, либо утрачивают сортовые и породные качества (вырождаются). Вместе с тем не следует и противопоставлять искусственный отбор естественному, так как последний очень часто подправляет творческую деятельность человека. Как бы человек ни заботился о сортах и породах, многие из них все же подвергаются воздействию абиотических и биотических факторов среды, что в конечном итоге повышает их жизнеспособность.

5. Энергетический обмен клетки.

Энергетический обмен — совокупность реакций окисления органических веществ в клетке, синтеза молекул АТФ за счет освобождаемой энергии. Основное значение энергетического обмена в том, что при разрушении сложных органических веществ высвобождается энергия, необходимая для реакций биосинтеза.

АТФ как единое и универсальное энергетическое вещество. Все проявления жизнедеятельности, все функции клетки осуществляются с затратой энергии. Энергия требуется для движения биосинтетических реакций, переноса веществ через клеточные мембраны, для любых форм клеточной активности.

Источником энергии в живых клетках, обеспечивающим все виды их деятельности, является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Освобождающаяся при расщеплении АТФ энергия обеспечивает любые виды клеточных функций - движение, биосинтез, перенос веществ через мембраны и др. Так как запас АТФ в клетке невелик, то понятно, что по мере убыли АТФ содержание ее должно восстанавливаться. В действительности так и происходит. Биологический смыл остальных реакций энергетического обмена и состоит в том, что энергия, освобождающаяся в результате химических реакций окисления углеводов и других веществ, используется для синтеза АТФ, т. е. для восполнения ее запаса в клетке. При усиленной, но кратковременной работе, например при беге на короткую дистанцию, мышцы работают почти исключительно за счет распада содержащейся в них АТФ. После окончания бега спортсмен усиленно дышит, разогревается: в этот период происходит интенсивное окисление углеводов и других веществ для восполнения убыли израсходованной АТФ. При длительной и не очень напряженной работе содержание АТФ в клетках может существенно не изменяться, так как реакции окисления успевают обеспечить быстрое и полное восстановление израсходованной АТФ.

Синтез АТФ происходит главным образом в митохондриях и обеспечивается в основном энергией, выделяющейся при расщеплении глюкозы, но могут использоваться и другие простые органические соединения - сахара, жирные кислоты и пр.

Митохондрии способны использовать для синтеза АТФ не только расщепление глюкозы. В их матриксе содержатся также ферменты, расщепляющие жирные кислоты. Особенностью этого цикла является большой энергетический выход - 51 молекула АТФ на каждую молекулу жирной кислоты. Не случайно медведи и другие животные, впадая в спячку, запасают именно жиры. Любопытно, что часть запасаемого жира имеет у них бурый цвет. Такие жировые клетки содержат множество митохондрий необычного строения: их внутренние мембраны пронизаны порами. Ионы водорода свободно проходят через эти поры, и синтез АТФ в клетках бурого жира не происходит. Вся энергия, освобождающаяся в процессе кислородного расщепления жирных кислот, выделяется в виде большого количества тепла, согревающего животных во время долгой зимней спячки.

Кроме глюкозы и жирных кислот, митохондрии способны расщеплять аминокислоты, но они - дорогое топливо. Аминокислоты являются важным строительным материалом, из них организм синтезирует свои белки. К тому же использование аминокислот для синтеза АТФ требует предварительного удаления аминогруппы NН2 с образованием токсичного аммиака. Белки и составляющие их аминокислоты используются клеткой для получения энергии только в крайнем случае.

Этапы энергетического обмена. Для изучения энергетического обмена клетки его удобно разделить на три последовательных этапа: подготовительный, бескислородный, кислородный. Рассмотрим их на примере животной клетки.

1) Подготовительный — расщепление в лизосомах полисахаридов до моносахаридов, жиров до глицерина и жирных кислот, белков до аминокислот, нуклеиновых кислот до нуклеотидов. Распад веществ на этом этапе сопровождается незначительным энергетическим эффектом. Вся освобождающаяся при этом энергии рассеивается в виде тепла.

2) Бескислородный или неполный — вещества, образовавшиеся в подготовительном этапе - глюкоза, глицерин, органические кислоты, аминокислоты и др. - вступают на путь дальнейшего распада. Это сложный, многоступенчатый процесс. Он состоит из ряда следующих одна за другой ферментативных реакций. Ферменты, обслуживающие этот процесс, расположены на внутриклеточных мембранах правильными рядами. Вещество, попав на первый фермент этого ряда, передвигается, как на конвейере, на второй фермент, далее - на третий и т. д. Это обеспечивает быстрое и эффективное течение процесса. Разберем его на примере бескислородного расщепления глюкозы, которое имеет специальное название - гликолиза. Гликолиз представляет собой ряд последовательных ферментативных реакций. Его обслуживает 13 различных ферментов, и в ходе его образуется более десятка промежуточных веществ. Многие промежуточные реакции гликолиза идут с участием фосфорной кислоты Н₃ РО₄ . В нескольких реакциях участвует АДФ. Не останавливаясь на деталях, укажем лишь, что на начальные ступени ферментного конвейера вступают шестиуглеродная глюкоза, Н₃ РО₄ и АДФ, а с последних сходят трехуглеродная молочная кислота, АДФ и вода. Суммарное уравнение гликолиза должно быть записано так:

С₆ Н₁₂ О₆ +2Н₃ РО₄ +2АДФ =2С₃ Н₆ О₃ +2АТФ+2Н₂ О

Процесс гликолиза происходит у всех животных клеток и у некоторых микроорганизмов. Всем известное молочнокислое брожение (при скисании молока, образовании простокваши, сметаны, кефира) вызывается молочнокислыми грибами и бактериями. По механизму оно вполне тождественно гликолизу.

У растительных клеток и у некоторых дрожжевых грибов распад глюкозы осуществляется путем спиртового брожения. Спиртовое брожение, как и гликолиз, представляет длинный ряд ферментативных реакций, причем большая часть реакций гликолиза и спиртового брожения полностью совпадают, и только на самых последних этапах есть некоторые различия. В ряде промежуточных реакций спиртового брожения, как и при гликолизе, принимают участие Н₃ РО₄ и АДФ. Конечными продуктами спиртового брожения являются двуокись углерода, этиловый спирт, АТФ и вода. Суммарное уравнение спиртового брожения следует записать так:

С₆ Н₁₂ О₆ +2Н₃ РО₄ +2АДФ = 2СО₂ +2С₂ Н₅ ОН+2АТФ+2Н₂ О

Из приведенных уравнений гликолиза и спиртового брожения видно, что в этих процессах не участвует кислород, поэтому их называют бескислородными, или с неполным расщеплением, так как полное расщепление - это расщепление до конца, т. е. превращение глюкозы в простейшие соединения - СО2 и Н2О, что соответствует уравнению

С₆ Н₁₂ О₆ +6О₂ = 6СО₂ +6Н₂ О

Наконец, и это особенно важно, из уравнений следует, что при распаде одной молекулы глюкозы в ходе гликолиза и спиртового брожения образуются две молекулы АТФ. Следовательно, распад глюкозы в процессе гликолиза и спиртового брожения сопряжен с синтезом универсального энергетического вещества АТФ.