Введение. 
Жизненный цикл клетки

Тема влияния наследственности и окружающей среды на развитие организма актуальна, так как представить современный и будущий мир без изучения этой науки невозможно. Без изучения данной темы трудно было бы понять, почему у людей с одинаковым генотипом со временем выявляются фенотипические различия. Тема жизненного цикла клетки так же актуальна и важна. Знание строения ядра и способов репродукции клеток необходимо, так как при нарушении передачи генной информации могут возникать тяжелые заболевания.

Цель работы: Целями освоения учебной дисциплины «Биология» являются приобретение знаний о формировании научной картины мира.

Задачи дисциплины:

• 1) изучить влияние окружающей среды и генетики на развитие организма; генетика организм биологический мейоз
• 2)изучить клетку как основную единицу строения, функционирования и развития всех живых организмов;
• 3) изучить процессы непрямого деления клетки
• 4) опираясь на новейшие достижения в области биологии, изучить стадии онтогенеза.

Влияние наследственности и окружающей среды на индивидуальное развитие организма

«Организм — среда»

Любое живое существо является организмом, отличающимся от неживой природы совокупностью определенных свойств, присущих только живой материи, — клеточной организацией и обменом веществ.

С современных позиций организм представляет собой самоорганизующуюся энергоинформационную систему, преодолевающую энтропию за счет поддержания состояния неустойчивого равновесия.

Изучение взаимосвязи и взаимодействия в системе «организм — среда», привели к пониманию того, что живые организмы, населяющие нашу планету, существуют не сами по себе. Они всецело зависят от окружающей среды и постоянно испытывают на себе ее воздействие. Каждый организм успешно выживает и размножается в конкретной среде обитания, характеризующейся относительно узким диапазоном температур, количеством осадков, почвенными условиями и т. д.

Следовательно, часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие, является их средой обитания.

Среда обитания организма — совокупность постоянно меняющихся условий его жизни. Из нее организмы получают все необходимое для жизни и в нее же выделяют продукты обмена веществ. Среда обитания каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком и его производственной деятельностью. При этом одни элементы могут быть частично или полностью безразличны организму, другие необходимы, а третьи оказывают отрицательное воздействие.

Условия жизни, или условия существования, — совокупность необходимых для организма элементов среды, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может.

Гомеостаз — самовозобновление и поддержание постоянства внутренней среды организма.

Живым организмам присуще движение, реактивность, рост, развитие, размножение и наследственность, а также адаптация. При обмене веществ, или метаболизме, в организме протекает ряд химических реакций (например, при дыхании или фотосинтезе). Обмен веществ в организме происходит только при участии особых макромолекулярных белковых веществ — ферментов, выполняющих роль катализаторов. В регулировке процесса метаболизма в организме ферментам помогают витамины и гормоны. Вместе они осуществляют общую химическую координацию процесса метаболизма. Метаболические процессы протекают на всем пути индивидуального развития организма — онтогенеза.

Онтогенез — это длительный и сложный процесс формирования организмов с момента образования половых клеток и оплодотворения (при половом размножении) или отдельных групп клеток (при бесполом) до завершения жизни. Индивидуальное развитие организма по определению Н. А. Кравченко — это совокупность количественных и качественных изменений, происходящих после оплодотворения яйцеклетки и образования зиготы, на протяжении всей жизни особи в соответствии с унаследованным ею генотипом и нормой реакции. Иначе онтогенез можно определить как совокупность возрастных морфологических, биохимических и физиологических изменений, протекающих в организме на протяжении всей жизни.

От греческого «ontos» — сущее и genesis — возникновение. Онтогенез это цепь строго определенных сложнейших процессов на всех уровнях организма, в результате которого формируются присущие только особям данного вида особенности строения, жизненных процессов, способность к размножению. Развитие организма начинается с оплодотворения яйцеклетки и формирования зиготы, которая представляет собой сложное неоднородное биологическое образование. Зигота включает в себя хромосомные и нехромосомные системы отца и матери.

Зигота несет в себе отпечаток всей предшествующей истории развития данного вида животных, то есть филогенеза. Под генотипом следует понимать весь комплекс наследственной информации, определяющей генеральную линию развития организма. Именно этим и объясняется постоянство видовых, породных, линейных свойств и признаков животных. В процессе онтогенеза животного происходит как бы раскрытие его генотипа, завершающееся формированием фенотипа взрослой особи. Фенотип — это комплекс всех признаков и состояние особи в данный момент, на определенном этапе онтогенеза. Обусловлен фенотип наследственной природой организма и условиями среды.

Важнейшей биологической особенностью зиготы является способность повторять филогенез — путь исторического развития, пройденный предками. В связи с этим онтогенез представляет собой краткое повторение исторического развития вида. Проблема соотношения онтогенеза и филогенеза была рассмотрена Ч.Дарвином. Он считал, что эволюционные изменения видов в живой природе имеют в своей основе изменения, произошедшие в индивидуальном развитии. В 1866 году Э. Геккель сформулировал биологический закон: онтогенез есть краткое повторение филогенеза. Он утверждал, что филогенез — единственная причина онтогенетического развития. Признание одностороннего влияния филогенеза на онтогенез — ошибочная точка зрения. Крупнейший эволюционист А. Н. Северцов неоднократно подчеркивал, что под филогенезом следует понимать ряд исторически отобранных онтогенезов. Онтогенез не только результат филогенеза, но и его основа. В филогенезе отбираются, концентрируются и закрепляются те изменения, которые возникали в онтогенезе многих поколений и обеспечивали возможность существования вида, его развитие. Филогенез реализуется в онтогенезе через наследственность и составляет основу онтогенеза, он направляет онтогенез по пути, пройденному предками.

С генами родителей новая особь получает своего рода инструкции о том, когда и какие изменения должны происходить в организме, чтобы он мог успешно пройти весь жизненный путь. Таким образом, онтогенез представляет собой реализацию наследственной информации.

В ядре зиготы содержатся два набора хромосом от двух родителей (гибридный генотип). Биологическое развитие происходит по общим диалектическим принципам развития, которое можно наблюдать в неживой природе или в обществе. Чтобы убедиться в этом, сопоставим стадии «развития вообще», и стадии нормального онтогенеза многоклеточного организма, например, человека.

Таблица 1. Стадии онтогенеза.

Индивидуальное развитие системы, в том числе организма, происходит циклично, так что восходящее развитие всякий раз сменяется нисходящим. Восходящее развитие идет от простого, низшего (предзиготическая стадия) к сложному, высшему (многоклеточный организм). Нисходящее — от сложного, высшего (многоклеточный организм) к простому, низшему (бесклеточная мертвая материя). Законы диалектики утверждают, что развитие как конечный процесс с самого начала в скрытом виде содержит тенденции, ведущие от низшего к высшему и обратно. То есть развитие имеет векторный, направленный характер.

Развитие находится под контролем двух начал — генетического (внутреннего) и эпигенетического (внешнего). Найдем эти начала в развивающемся организме.

1. Внутренняя, генетическая программа развития заложена в ДНК зиготы. Это генотип организма. При размножении клеток — от зиготы до самой последней клетки тела — ДНК каждый раз удваивается и делится поровну, так что все клетки получают полный набор генов. В ДНК записана информация обо всех белках организма.

При этом надо иметь в виду, что существуют гены и белки двух классов: структурные и регуляторные. Первые обеспечивают построение рабочих структур клеток и межклеточного вещества, ферментативный катализ, транспорт и прочие жизненно важны функции. Вторые регулируют активность первых, то есть гены-регуляторы производят соответствующие регуляторные белки, которые управляют активностью структурных генов. Сейчас установлено, что и среди регуляторных генов есть взаимозависимость — одни гены активируются другими. Таким образом, гены образуют функциональные цепи с заранее предопределенной последовательностью включения. Работает принцип домино: продукт первого гена активирует второй ген, продукт второго — третий и т. д. Благодаря слаженной работе таких конвейеров контролируются тесно увязанные шаги морфогенеза, развитие приобретает динамичный и направленный (векторный) характер.

Однако организм — очень сложная система, чтобы ее развитие было выстроено по простому алгоритму домино. Отдельные морфогенетические процессы часто идут независимо и параллельно. В разных зачатках эмбриона, а потом в клетках разных тканей эти процессы расходятся, идет дифференциация клеток по функциям. Но при этом все клетки имеют один и тот же набор генов. Возникает ключевой вопрос проблемы клеточной дифференциации — почему при одинаковом наборе генов синтезируются разные белки и получаются разные клетки? Современная биология развития дает ответ и на этот сложный вопрос.

2. Внешняя, эпигенетическая программа развития контролирует и направляет реализацию генетической программы. Под действием внешних сигналов, биологически активных веществ, через посредство клеточных рецепторов и внутриклеточных мессенджеров (молекул-посланников) происходит избирательная активация одних генов и подавление других.

В итоге в дифференцированных клетках разных органов и тканей работают не все гены, а только та их часть, которая ответственна за данную тканевую функцию. Генетики называют этот механизм дифференциальной экспрессией генов. Но встает новый вопрос: что является самой первой командой к дифференциации клеток? Ведь развитие начинается с одной клетки — зиготы.