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Anafase. I microtubuli si contraggono, i centromeri si separano e si allontanano gli uni dagli altri. I cromosomi si separano e i cromatidi si spostano ai poli opposti del fuso.

Telofase. Si formano nuovi nuclei. I cromosomi nei nuovi nuclei diventano sottili, invisibili al microscopio. Il nucleolo riappare e si forma il guscio del nucleo. Questa è l'ultima fase della divisione cellulare.

Contemporaneamente alla telofase inizia la divisione del citoplasma. Innanzitutto, si forma una costrizione (divisione) tra le cellule figlie. Dopo qualche tempo, il contenuto della cella viene diviso. Ecco come appaiono le nuove cellule figlie con il citoplasma attorno a nuovi nuclei identici. Dopodiché ricomincia la preparazione per la divisione della cellula ormai nuova, e l'intero ciclo si ripete continuamente, se ci sono condizioni favorevoli. Il processo di mitosi dura circa 1-2 ore e la sua durata varia a seconda dei diversi tipi di cellule e tessuti. Dipende anche dalle condizioni ambientali.

La divisione del nucleo e, di conseguenza, della cellula prosegue continuamente finché la cellula ha i mezzi per assicurare la sua attività vitale.

Ciclo cellulare. Viene chiamata l'esistenza di una cellula dal momento in cui appare come risultato della divisione alla divisione in cellule figlie ciclo di vita cellulare O ciclo cellulare. Ci sono due fasi (o fasi) nel ciclo di vita cellulare.

Prima fase del ciclo cellulare- preparazione della cellula per la divisione. Si chiama interfase (dal latino inter- “tra” e dal greco phase- “apparizione”). L'interfase nel ciclo cellulare richiede l'intervallo di tempo più lungo (fino al 90%). Durante questo periodo, il nucleo e il nucleolo sono chiaramente visibili nella cellula. C'è una crescita attiva di una cellula giovane, viene effettuata la biosintesi delle proteine, il loro accumulo, la preparazione delle molecole di DNA per il raddoppio e il raddoppio (replicazione) di tutto il materiale cromosomico. I cromosomi non sono visibili, ma il processo del loro raddoppio avviene attivamente. Il cromosoma doppio è costituito da due metà contenenti una molecola di DNA a doppio filamento. Le caratteristiche caratteristiche delle cellule in interfase sono la despiralizzazione (svolgimento) dei cromosomi e la loro distribuzione uniforme sotto forma di massa sciolta in tutto il nucleo. Alla fine dell'interfase, i cromosomi si spiralizzano (si attorcigliano) e diventano visibili, ma rappresentano ancora sottili fili allungati (Fig. 22).

Nella seconda fase del ciclo cellulare Avviene la mitosi e la cellula si divide in due cellule figlie.

Dopo la separazione, ciascuna delle due cellule figlie entra nuovamente nel periodo interfase. Da questo momento in poi, entrambe le cellule eucariotiche che si sono formate iniziano un nuovo ciclo cellulare (ora il proprio).

Come puoi vedere, la divisione cellulare negli eucarioti e nei procarioti avviene in modi diversi. Ma sia la divisione semplice nei procarioti che la divisione per mitosi

Gli eucarioti sono metodi di riproduzione asessuata: le cellule figlie ricevono le informazioni ereditarie che aveva la cellula madre. Le cellule figlie sono geneticamente identiche al genitore. Eventuali cambiamenti genetici

l'apparato non si verifica qui. Pertanto, tutte le cellule che compaiono nel processo di divisione cellulare e i tessuti da esse formati presentano omogeneità genetica.

1. Spiegare le differenze nei processi di divisione cellulare nei procarioti e negli eucarioti. 2*. Perché nella riproduzione asessuata i figli sono identici ai genitori?

3. Descrivere il processo della mitosi e le caratteristiche di ciascuna delle sue fasi.

4. Sostituisci le parole sottolineate con termini.

Prima fase della mitosi inizia quando i cromosomi diventano visibili

Alla fine della terza fase della mitosi I cromosomi si trovano ai poli opposti della cellula.

Le strutture cellulari contenenti informazioni genetiche diventano visibili solo durante la mitosi.

Lavoro di laboratorio n. 2 (vedi Appendice, p. 230).

§ 15 Formazione delle cellule sessuali. Meiosi

cellule sessuali (gameti) si sviluppano negli organi genitali (generativi) e svolgono un ruolo cruciale: assicurano il trasferimento delle informazioni ereditarie dai genitori alla prole. Durante la riproduzione sessuale, a seguito della fecondazione, due cellule germinali (maschio e femmina) si uniscono e formano una cellula: uno zigote, la cui successiva divisione porta allo sviluppo di un organismo figlia.

Di solito, il nucleo della cellula contiene due serie di cromosomi - uno da uno e l'altro genitore - 2p (la lettera latina "p" denota un singolo set di cromosomi). Tale cellula è chiamata diploide (dal greco diploos - "doppio" ed eidos - "vista"). Si può presumere che quando due nuclei si uniscono, la cellula appena formata (zigote) conterrà non due, ma quattro serie di cromosomi, che raddoppieranno nuovamente ad ogni successiva comparsa di zigoti. Immagina quanti cromosomi si accumulerebbero in una cellula! Ma questo non accade nella natura vivente: il numero di cromosomi in ciascuna specie durante la riproduzione sessuale rimane costante. Ciò è dovuto al fatto che le cellule germinali sono formate da una divisione speciale. Per questo motivo, non due (2n), ma solo una coppia di cromosomi (In), cioè la metà di ciò che era nella cellula prima della sua divisione, entrano nel nucleo di ciascuna cellula germinale. Le cellule con un singolo set di cromosomi, cioè contenenti solo la metà di ciascuna coppia di cromosomi, sono chiamate aploidi (dal greco haploos - "semplice", "singolo" ed eidos - "vista").

Il processo di divisione delle cellule germinali, a seguito del quale nel nucleo è presente la metà dei cromosomi, è chiamato meiosi (meiosi greca - "riduzione"). Durante la formazione delle cellule germinali sia maschili che femminili si verifica un dimezzamento del numero di cromosomi nel nucleo (la cosiddetta riduzione). Durante la fecondazione mediante fusione delle cellule germinali nel nucleo dello zigote viene nuovamente creata una doppia serie di cromosomi (2p).

Va notato che in molti eucarioti (microrganismi, piante inferiori e maschi di alcune specie di artropodi) le cellule somatiche (greco soma - "corpo") (tutte le cellule del corpo, escluse le cellule sessuali) hanno un insieme aploide di cromosomi. In molte piante da fiore, le cellule sono poliploidi, cioè contengono molti set di cromosomi. Ma nella maggior parte degli animali, nell'uomo e nelle piante superiori

solo le cellule germinali sono aploidi. In tutte le altre cellule del corpo di questi organismi, il nucleo contiene un diploide (2p) - un doppio set di cromosomi.

La meiosi è di grande importanza nel mondo vivente. Nel processo di meiosi (a differenza della mitosi), si formano cellule figlie che contengono la metà dei cromosomi delle cellule madri, ma a causa dell'interazione dei cromosomi del padre e della madre, hanno sempre nuove e uniche combinazioni di cromosomi. Queste combinazioni nella prole sono espresse in nuove combinazioni di tratti. L'insieme emergente di combinazioni cromosomiche aumenta la capacità di una specie di sviluppare adattamenti alle mutevoli condizioni ambientali, il che è molto importante per l'evoluzione.

Con l'aiuto della meiosi si formano cellule germinali con un corredo di cromosomi più piccolo e con proprietà genetiche qualitativamente diverse rispetto a quelle delle cellule madri.

La meiosi, o divisione di riduzione, è una combinazione di due fasi peculiari della divisione cellulare, che si susseguono senza interruzione. Si chiamano meiosi I (prima divisione) imeiosi II (seconda divisione). Ogni fase ha diverse fasi. I nomi delle fasi sono gli stessi delle fasi della mitosi. Le interfasi si osservano prima delle divisioni. Ma il raddoppio del DNA nella mitosi avviene solo prima della prima divisione. Il corso della meiosi

mostrato nella figura 23.

IN prima interfase(che precede la prima divisione della meiosi) si verifica un aumento delle dimensioni delle cellule, il raddoppio degli organelli e il raddoppio del DNA nei cromosomi.

Prima divisione (meiosi I) inizia con la profase /, durante la quale i cromosomi duplicati (con due cromatidi ciascuno) sono chiaramente visibili al microscopio ottico. In questa fase, cromosomi identici (omologhi), ma originati da nuclei

gameti paterni e materni, si avvicinano e "si attaccano insieme" per tutta la lunghezza in coppia. I centromeri (restrizioni) dei cromosomi omologhi si trovano fianco a fianco e si comportano come una singola unità, tenendo insieme i quattro cromatidi. Tali cromosomi doppi omologhi interconnessi sono chiamati coppia o bivalente (dal latino bi - "doppio" e valens - "forte").

I cromosomi omologhi che compongono il bivalente sono strettamente collegati tra loro in alcuni punti. In questo caso, può verificarsi uno scambio di sezioni di filamenti di DNA, a seguito del quale si formano nuove combinazioni di geni nei cromosomi. Questo processo è chiamato porta dell'incrocio (inglese cmssingover - "croce"). L'incrocio può portare alla ricombinazione di sezioni grandi o piccole di cromosomi omologhi con diversi geni o parti di un gene nelle molecole di DNA (Fig. 24).

A causa dell'incrocio, i cromosomi con altre proprietà ereditarie rispetto ai cromosomi dei gameti parentali risultano essere nelle cellule germinali.

Il fenomeno del crossover è di fondamentale importanza biologica, poiché aumenta la diversità genetica nella prole.

La complessità dei processi che si verificano nella profase I (nei cromosomi, nel nucleo) determina la durata più lunga di questa fase della meiosi.

Nella metafase I i bivalenti si trovano nella parte equatoriale della cellula. Poi,

nell'anafase I, i cromosomi omologhi divergono ai poli opposti della cellula. La telofase / completa la prima divisione della meiosi, a seguito della quale si formano due cellule figlie, sebbene ciascun cromosoma in esse rimanga ancora raddoppiato (cioè costituito da due cromatidi fratelli ).

La telofase I è seguita da seconda interfase. Ci vuole molto

poco tempo, poiché in esso non avviene la sintesi del DNA.

La seconda divisione (meiosi II) inizia con la profase II.

Due cellule figlie che sono sorte nella telofase I iniziano la divisione simile alla mitosi: i nucleoli e le membrane nucleari vengono distrutti, appaiono i filamenti del fuso, con un'estremità attaccata al centromero. Nella metafase i cromosomi si allineano lungo l’equatore del fuso. Nella vanafase II, i centromeri si dividono e i cromatidi dei cromosomi di entrambe le cellule figlie divergono verso i loro poli.

Di conseguenza, da ciascun cromosoma duplicato si ottengono due cromosomi separati che si spostano verso i poli opposti della cellula. Ad entrambi i poli si forma un nucleo da gruppi di cromosomi qui riuniti. In esso, ogni coppia di cromosomi omologhi è rappresentata da un solo cromosoma.

Nella telofase II, attorno al nucleo, che ora contiene un singolo insieme (aploide) di cromosomi, la membrana nucleare si riforma e il contenuto cellulare si divide. Il processo di riduzione della formazione delle cellule germinali termina con la creazione di quattro cellule aploidi: i gameti.

IN Come risultato della meiosi, da una cellula compaiono quattro cellule con un set di cromosomi aploidi.

Viene chiamato il processo di formazione delle cellule germinali maschili (spermatozoi). spermatogenesi(dal greco spermatos - "seme" e genesi - "emergenza", "origine"). Il processo di sviluppo delle cellule germinali femminili (ovuli) è chiamato ovogenesi o oogenesi (dal greco oop - "uovo" e genesi - "emergenza", "origine"),

1. Perché le proprietà degli organismi figli che si sono sviluppati dallo zigote non sono identiche a quelle del genitore?

2*. Qual è il significato biologico della meiosi?

3. Sostituisci le parole evidenziate con il termine.

La divisione cellulare, a seguito della quale nel nucleo ci sono la metà dei cromosomi, porta alla formazione di cellule germinali.

§ 16 Sviluppo individuale degli organismi - ontogenesi

Il corpo subisce trasformazioni significative durante il periodo della sua vita: cresce e si sviluppa.

Viene chiamato l'insieme delle trasformazioni che avvengono nel corpo dalla sua nascita fino alla morte naturale sviluppo individuale ionogenesi

(dal greco ontos- “esistente” e genesi- “emergenza”, “origine”). Negli organismi unicellulari, la vita rientra in un ciclo cellulare e tutte le trasformazioni avvengono tra due divisioni cellulari. Negli organismi multicellulari questo processo è molto più complicato.

Con la riproduzione asessuata, inclusa la riproduzione vegetativa, l'ontogenesi inizia dal momento della divisione delle cellule iniziali (cioè dando origine) dell'organismo materno. L'organismo nelle prime fasi di sviluppo è chiamato germe.

Gli organismi unicellulari, come tutte le cellule, nascono dalla divisione cellulare. In una cellula appena formata, non sempre si formano strutture intracellulari che forniscono le sue funzioni e processi vitali specifici. È necessario un certo tempo affinché tutti gli organelli si formino e tutti gli enzimi necessari vengano sintetizzati. Questo primo periodo di esistenza di una cellula (e di un organismo unicellulare) nel ciclo cellulare è chiamato maturazione. Segue un periodo di vita matura della cellula, che termina con la sua divisione.

Nello sviluppo individuale di un organismo multicellulare si distinguono diverse fasi, che vengono spesso chiamate periodi di età. Esistono quattro periodi di età: embrionale (embrionale), giovinezza, maturità vecchiaia.

Negli animali si distinguono spesso solo due periodi: embrionale e postembrionale. Il periodo embrionale è lo sviluppo dell'embrione (embrione) prima della sua nascita. Postembrionale chiamato il periodo di sviluppo dell'organismo dalla sua nascita o uscita dall'uovo o dalle membrane embrionali fino alla morte.

Periodo embrionale dell'ontogenesi(sviluppo embrionale), che avviene nell'utero del corpo materno e termina con la nascita, si trova nella maggior parte dei mammiferi, compreso l'uomo. Negli organismi ovipari e riproduttori, lo sviluppo embrionale avviene al di fuori del corpo della madre e termina con l'uscita dalle membrane delle uova (nei pesci, anfibi, rettili, uccelli, così come in molti animali invertebrati - echinodermi, molluschi, vermi

e così via.).

A Nella stragrande maggioranza degli organismi animali, il processo di sviluppo embrionale avviene in modo simile. Ciò conferma la comunanza della loro origine.

A umano nel corso dello sviluppo embrionale, il primo a separare la testa e la colonna vertebrale

cervello. Ciò avviene entro la terza settimana dal concepimento. In questa fase, la lunghezza dell'embrione umano è di soli 2 mm.

Fin dai primi giorni di sviluppo embrionale, l'embrione è molto sensibile agli effetti dannosi, soprattutto chimici (farmaci, veleni, alcol, droghe) e infettivi. Se, ad esempio, una donna si ammala di rosolia tra la 4a e la 12a settimana di gravidanza, ciò può causare un aborto spontaneo o interrompere la formazione del cuore, del cervello, degli organi della vista e dell'udito nel feto, cioè degli organi il cui sviluppo avviene in questo periodo.

Dopo la nascita o l'uscita dall'uovo, sviluppo postembrionale organismo. Per alcuni organismi, questo periodo di vita dura diversi giorni, per altri - diverse decine e centinaia di anni, a seconda della specie.

Il leone muore di vecchiaia all'età di circa 50 anni, il coccodrillo può vivere fino a 100 anni, la quercia - fino a 2000 anni, la sequoia - più di 3000 anni e l'avena - 4-6 mesi. Alcuni insetti vivono per diversi giorni. Una persona muore di vecchiaia tra i 75 e i 100 anni, anche se alcune persone vivono oltre i 100 anni.

Lo sviluppo postembrionale è costituito da tre periodi di età: giovinezza, maturità vecchiaia. Ciascuno di questi periodi è caratterizzato da alcune trasformazioni nella struttura e nei processi vitali dell'organismo, dovuti alla sua eredità e all'influenza delle condizioni esterne. Nel processo di sviluppo postembrionale, l'organismo subisce cambiamenti quantitativi e qualitativi.

L'ontogenesi è lo sviluppo di un individuo (individuo) dovuto all'ereditarietà e all'influenza delle condizioni ambientali.

L’ontogenesi è sicuramente uno dei fenomeni biologici più sorprendenti. Apparso sotto forma di un minuscolo embrione o germe, il corpo attraversa una serie di complesse fasi di sviluppo, durante le quali in esso si formano gradualmente tutti gli organi e i meccanismi che assicurano l'attività vitale. Raggiunta la pubertà, l'organismo realizza la funzione principale dei viventi: dà prole, che garantisce la durata e la continuità dell'esistenza della sua specie.

L'esistenza di qualsiasi organismo è un processo complesso e continuo di sviluppo embrionale e post-embrionale in determinate condizioni di vita e per periodi specifici di ciascuna specie.

1. Descrivere il periodo dello sviluppo embrionale di un organismo.

2. Sostituire i termini con le seguenti definizioni: organismo nelle prime fasi di sviluppo; sviluppo individuale di un organismo pluricellulare.

3*. Spiega perché l'influenza di influenze esterne pericolose (radiazioni, fumo) è più distruttiva nella fase embrionale dell'ontogenesi che nella fase postembrionale.

La riproduzione è inerente a tutti gli organismi viventi. Con l'aiuto della riproduzione è assicurata l'autoriproduzione degli organismi e la continuità dell'esistenza delle specie. Esistono due tipi principali di riproduzione negli organismi: asessuale e sessuale. La divisione cellulare indiretta (mitosi) durante il passaggio di una serie di fasi (profase, metafase, anafase, telofase) garantisce il trasferimento alle cellule figlie delle stesse informazioni ereditarie del genitore, contenute nei cromosomi del nucleo. L'interfase prepara la cellula alla divisione.

Il tipo più antico di riproduzione è la riproduzione asessuata. Garantisce la stabilità delle informazioni genetiche, la conservazione delle proprietà delle specie, un aumento più rapido del numero e il reinsediamento in nuovi territori.

La riproduzione sessuale è nata nel processo di evoluzione più tardi di quella asessuata. Attraverso la meiosi, il crossover e la fecondazione, la riproduzione sessuale fornisce variabilità genetica che consente agli organismi di acquisire nuovi tratti e proprietà e quindi di adattarsi meglio alle mutevoli condizioni ambientali.

Nel processo di meiosi, si verificano la divisione ridotta delle cellule germinali e la formazione di un insieme di cromosomi aploidi (In) nel nucleo dei gameti. Quando le cellule vengono fecondate, i gameti maschili e femminili si fondono con un insieme di cromosomi aploidi e si forma uno zigote con un insieme di cromosomi diploidi (2p) nel nucleo.

Lo zigote dà origine allo sviluppo di un nuovo organismo. Il corso della vita di un organismo dalla nascita alla morte è chiamato sviluppo individuale (ontogenesi). Negli organismi multicellulari, l'ontogenesi consiste nei periodi embrionale e postembrionale.

Lo sviluppo individuale di tutti gli organismi viene effettuato in conformità con le proprietà ereditarie inerenti alla specie e in base alle condizioni ambientali.

Mettiti alla prova

1. Spiegare il ruolo biologico dei gameti sessuali femminili e maschili.

2. Spiegare le principali differenze tra mitosi e meiosi.

3. Qual è la dipendenza dello sviluppo individuale dell'organismo dalle condizioni ambientali nei periodi embrionale e postembrionale?

4. Quali fasi si osservano nel ciclo cellulare degli organismi unicellulari? Spiegare l'importanza dell'interfase nella vita di una cellula.

1. Descrivere i concetti di "crescita dell'organismo" e "sviluppo dell'organismo".

Problemi da discutere

1. Descrivere il ruolo biologico dei diversi tipi di riproduzione se osservati in organismi della stessa specie. Dare esempi.

2. Espandere il meccanismo per garantire la continuità della vita.

3. È corretto dire che lo sviluppo dell'organismo avviene nel periodo embrionale, e nel periodo postembrionale si verifica solo un aumento delle dimensioni del corpo, cioè la crescita dell'organismo? Sostieni le tue opinioni con esempi specifici.

Concetti basilari

Riproduzione asessuata. Riproduzione sessuale. Gamete. Zigote. Cromosoma. Mitosi. Meiosi. Attraversando. Ciclo cellulare. cellula diploide. cellula aploide. Ontogenesi.

Capitolo 4 Fondamenti della dottrina dell'ereditarietà e della variabilità

Dopo aver studiato il capitolo, sarai in grado di:

spiegare i concetti base della genetica;

descrivere il meccanismo di determinazione del sesso e i tipi di eredità dei tratti;

caratterizzare il ruolo dell'ereditarietà e della variabilità degli organismi nella fauna selvatica.

§ 17 Dalla storia dello sviluppo della genetica

La genetica (genesi greca - "origine") è il nome della scienza che studia l'ereditarietà e la variabilità degli organismi, nonché i meccanismi per il controllo di questi processi. Ha una lunga storia.

Anche nei tempi antichi, le persone sapevano che le piante, gli animali e persino gli esseri umani ereditano alcune caratteristiche dai loro genitori, poiché era impossibile non vedere le somiglianze tra prole e genitori. Inoltre, alcuni segni "generici" sono stati tramandati immutati di generazione in generazione. Sulla base di questa capacità di piante e animali di ereditare determinate qualità, hanno iniziato a selezionare i semi di piante per la semina dagli individui più produttivi, hanno cercato di mantenere animali giovani che hanno le proprietà di cui le persone hanno bisogno: dare più latte o lana, eseguire meglio il lavoro di tiro , eccetera.

Antichi manoscritti cinesi testimoniano, ad esempio, che 6000 anni fa

diverse varietà di riso attraverso incroci e selezioni. Reperti archeologici confermano che gli egiziani coltivavano varietà produttive di grano. Tra i monumenti scritti babilonesi in Mesopotamia è stata rinvenuta una tavoletta di pietra risalente al VI millennio a.C. e., che ha registrato dati sull'eredità della forma della testa e della criniera in cinque generazioni di cavalli (Fig. 25).

Tuttavia, solo nel XIX e all'inizio del XX secolo, quando fu accumulata la conoscenza sulla vita della cellula, gli scienziati iniziarono a studiare il fenomeno dell'ereditarietà. Il primo lavoro scientifico sullo studio dell'ereditarietà è stato svolto dallo scienziato e monaco ceco G. Mendel. Nel 1865, nell'articolo "Esperimenti sugli ibridi vegetali", formulò i modelli di ereditarietà dei tratti che gettarono le basi per la scienza della genetica. Mendel ha dimostrato che i tratti ereditari (inclinazioni) non sono "fusi", come si pensava in precedenza, ma si trasmettono dai genitori ai discendenti sotto forma di unità discrete (separate, separate), che ha chiamato fattori. Queste unità, presentate in coppia negli individui, non si fondono insieme, ma rimangono distinte e si trasmettono ai discendenti nelle cellule germinali maschili e femminili, una unità per ciascuna coppia.

Nel 1909, le unità ereditarie furono nominate dallo scienziato danese V. Johansen geni (greco genos - "genere"). All'inizio del XX secolo. l'embriologo e genetista americano T. Morgan ha stabilito sperimentalmente che i geni si trovano sui cromosomi e lì sono disposti linearmente. Da allora, il concetto di gene è stato centrale nella genetica.

Ruolo di primo piano nello sviluppo della genetica nella prima metà del XX secolo. interpretato dai nostri scienziati nazionali. COME. Serebrovsky, esplorando la genetica degli animali, ha mostrato la complessa struttura del gene, ha introdotto nella scienza il termine "pool genetico". La dottrina dell'ereditarietà e della variabilità fu arricchita dalle opere di N.I. Vavilov, che formulò nel 1920 la legge delle serie omogenee dell'ereditarietà e della variabilità, che assicurava una stretta connessione tra genetica e dottrina evoluzionistica. Yu.A. Filipchenko ha condotto numerosi esperimenti sull'analisi genetica delle piante e ha sviluppato metodi di ricerca

variabilità ed ereditarietà. Un contributo significativo allo sviluppo della genetica è stato dato anche da G.D.

Karpechenko, N.K. Koltsov, S.S. Chetverikov e altri ricercatori.

Negli anni '40. furono gettate le basi biochimiche della genetica. Gli scienziati hanno dimostrato il ruolo delle molecole di acido nucleico nella trasmissione delle informazioni ereditarie, che ha portato alla nascita della genetica molecolare. La decifrazione della struttura della molecola del DNA, pubblicata nel 1953, ha mostrato una stretta connessione di questo composto chimico con le informazioni ereditarie nei geni.

I progressi nel campo della genetica molecolare hanno portato alla creazione di una nuova branca della scienza biologica: l'ingegneria genetica, che consente, manipolando singoli geni, di ottenere in vitro nuove combinazioni di geni nel cromosoma che prima non c'erano. L'ingegneria genetica è diventata ampiamente utilizzata nella pratica dell'agricoltura e della biotecnologia.

Lo sviluppo della genetica basata su basi molecolari nella considerazione delle qualità ereditarie è diventato possibile grazie alla creazione di alte tecnologie nel campo della ricerca scientifica, apparse solo a metà del XX secolo.

La genetica è la base teorica della selezione (latino selectio - "scelta", "selezione") di piante, animali e microrganismi, cioè la creazione di organismi con le proprietà di cui una persona ha bisogno. Sulla base di modelli genetici, gli allevatori creano varietà vegetali e razze di animali domestici migliorate. I metodi di ingegneria genetica producono nuovi ceppi (colture pure) di microrganismi (batteri, funghi) che sintetizzano sostanze per il trattamento delle malattie.

La ricerca degli scienziati genetici ha portato alla comprensione del fatto che, insieme alle malattie infettive, esistono molte malattie ereditarie diverse

Procarioti. Eucarioti. organelli cellulari. Monomeri. Polimeri. Acidi nucleici. DNA. RNA. Enzimi. Biosintesi. Fotosintesi. Metabolismo. Ossidazione biologica (respirazione cellulare). capitolo 3

Riproduzione e sviluppo individuale degli organismi (ontogenesi)

Dopo aver studiato il capitolo, sarai in grado di:

Descrivere i due principali tipi di riproduzione e il loro ruolo nell'evoluzione della vita;

Raccontare il significato biologico della fecondazione e il ruolo dello zigote;

Rivelare l'essenza della mitosi e della meiosi e il loro significato;

Spiegare i processi di divisione cellulare e il suo significato biologico;

Descrivere le fasi dell'ontogenesi.

§ 13 Tipi di riproduzione

La riproduzione è la riproduzione della propria specie, garantendo la continuazione dell'esistenza della specie.

La riproduzione è la proprietà principale di tutti gli organismi. Come risultato della riproduzione, il numero di individui di una determinata specie aumenta, la continuità e la successione vengono effettuate nel trasferimento delle informazioni ereditarie dai genitori alla prole. Avendo raggiunto una certa dimensione e sviluppo, l'organismo riproduce la sua prole - nuovi organismi della stessa specie e li insedia nello spazio circostante.

La diversità degli organismi che si è storicamente sviluppata sulla Terra ha portato ad una varietà estremamente ampia di metodi di riproduzione. Tuttavia, sono tutte solo varianti dei due principali tipi di riproduzione: asessuata e sessuale.

La riproduzione asessuata è l'autoriproduzione degli organismi, alla quale partecipa un solo individuo (il genitore). Nella riproduzione sessuale, di regola, partecipano due individui (due genitori): femmina e maschio.

Riproduzione sessuale. La caratteristica principale della riproduzione sessuale è la fecondazione, cioè la fusione delle cellule germinali femminili e maschili e la formazione di una cellula comune - uno zigote (zigoti greci - "collegati insieme"). Lo zigote dà origine ad un nuovo organismo in cui si combinano le proprietà ereditarie dei due organismi genitori.

Le cellule sessuali - gameti (gameti greci - "coniuge") - si formano negli organismi genitori in organi speciali. Negli animali e negli esseri umani sono chiamati genitali, nelle piante - organi generativi (greco genero- "produco", "partorisco"). I gameti maschili e femminili si sviluppano negli organi riproduttivi degli animali e negli organi generativi delle piante. I gameti maschili sono solitamente piccole cellule contenenti solo una sostanza nucleare (ereditaria). Alcuni di essi sono immobili (spermatozoi), altri sono mobili (spermatozoi).

Gli spermatozoi si sviluppano in tutte le angiosperme e gimnosperme, mentre gli spermatozoi si sviluppano nelle alghe, nei muschi, nelle felci e nella maggior parte degli organismi animali, compreso l'uomo.

I gameti femminili (uova) sono cellule piuttosto grandi, a volte mille volte più grandi degli spermatozoi. Oltre alla sostanza nucleare, gli ovuli contengono una grande quantità di preziose sostanze organiche necessarie dopo la fecondazione per lo sviluppo dell'embrione.

La fecondazione in molti organismi primitivi (alghe verdi filamentose, come la spirogira, alcuni tipi di batteri, ciliati, muffe, ecc.) Viene effettuata mediante la fusione di due cellule morfologicamente identiche, con conseguente formazione di una cellula: uno zigote. Un tale processo sessuale è chiamato coniugazione (latino conjugatio - "connessione"). Le cellule che si uniscono sono anche chiamate gameti. La loro coniugazione (fusione) dà uno zigote.

Due cellule adiacenti dello stesso filamento di spirogira o cellule di due diversi filamenti adiacenti possono coniugarsi. In questo caso, il ruolo della cellula riproduttiva femminile è svolto da quello in cui scorre il contenuto di un'altra cellula. Il contenuto che scorre è considerato la cellula sessuale maschile.

Nella scarpa ciliata il caudato coniuga due individui identici che nuotano liberamente. Inoltre, non uniscono insieme il contenuto delle cellule, ma scambiano tra loro la materia nucleare.

Pertanto, la riproduzione sessuale è caratterizzata dallo sviluppo delle cellule germinali, dalla fecondazione e dalla formazione di uno zigote che unisce la sostanza ereditaria di due diversi individui genitoriali. Di conseguenza, ogni individuo figlia che si sviluppa da uno zigote contiene nuove proprietà - provenienti da due diversi organismi della stessa specie.

Durante la riproduzione sessuale nasce sempre un organismo con proprietà uniche che non sono state ancora trovate in natura, sebbene molto simili ai suoi genitori. Tali organismi con nuove proprietà ereditarie ottenute da entrambi i genitori spesso risultano più adattati alla vita in condizioni ambientali mutevoli.

Durante la riproduzione sessuale, c'è un costante rinnovamento delle proprietà ereditarie nelle generazioni figlie di organismi. Questo è il più grande ruolo biologico della riproduzione sessuale nell'evoluzione degli esseri viventi.

Non esiste un tale rinnovamento nella riproduzione asessuata, quando gli organismi figli si sviluppano da un solo genitore e ne portano solo le proprietà ereditarie.

Riproduzione asessuata. Questo è un antico modo di riprodurre la propria specie, caratteristico degli organismi di tutti i regni della fauna selvatica, in particolare dei procarioti. Questo metodo di riproduzione, effettuato senza la partecipazione delle cellule germinali, è diffuso negli organismi unicellulari, nei funghi e nei batteri.

Negli organismi unicellulari e multicellulari, la riproduzione asessuata viene effettuata per divisione e gemmazione. La divisione nei procarioti avviene mediante costrizione della cellula in due parti. Negli eucarioti la divisione è più complicata ed è assicurata da processi che avvengono nel nucleo (vedi § 14).

Un esempio di riproduzione asessuata è la riproduzione vegetativa nelle piante. In alcuni animali avviene anche la riproduzione vegetativa. Si chiama riproduzione per frammentazione, cioè parti (frammenti) del corpo da cui si sviluppa un nuovo individuo. La riproduzione per frammenti è tipica delle spugne, dei celenterati (idra), dei platelminti (planaria), degli echinodermi (stelle marine) e di alcune altre specie.

Negli animali unicellulari e in alcuni multicellulari, così come nei funghi e nelle piante, la riproduzione asessuata può essere effettuata per gemmazione. Sul corpo della madre si formano escrescenze speciali: i reni, dai quali si sviluppano nuovi individui. Un altro tipo di riproduzione asessuata è la sporulazione. Le spore sono cellule specializzate separate, molto piccole che contengono un nucleo, un citoplasma, sono ricoperte da una membrana densa e sono in grado di sopportare a lungo condizioni avverse. Una volta in condizioni ambientali favorevoli, le spore germinano e formano un nuovo organismo (figlia). La sporulazione è ampiamente rappresentata nelle piante (alghe, briofite, felci), funghi e batteri. Tra gli animali si osserva sporulazione, ad esempio, negli sporozoi, in particolare nel plasmodio malarico.

È interessante notare che durante la riproduzione asessuata, gli individui figli separati riproducono completamente le proprietà dell'organismo madre. Trovandosi in altre condizioni ambientali, possono manifestare le loro proprietà in modo diverso, principalmente solo nella dimensione (dimensione) dei nuovi organismi. Le proprietà ereditarie rimangono invariate.

La capacità di ripetere negli organismi figli le invariabili qualità ereditarie del genitore, cioè di riprodurre una prole omogenea, è una proprietà unica della riproduzione asessuata.

La riproduzione asessuata consente di mantenere inalterate le proprietà della specie. Questo è l'importante significato biologico di questo tipo di riproduzione. Gli organismi che apparivano asessualmente di solito si sviluppano molto più velocemente di quelli che apparivano attraverso la riproduzione sessuale. Aumentano rapidamente il loro numero e molto più velocemente effettuano il reinsediamento su vaste aree.

Nella maggior parte degli organismi unicellulari e multicellulari, la riproduzione asessuata può alternarsi alla riproduzione sessuale.

Ad esempio, in alcuni celenterati marini, la generazione sessuale è rappresentata da singole meduse che nuotano liberamente, e la generazione asessuata è rappresentata da polipi sessili. Nelle piante, ad esempio, nelle felci, la generazione sessuale (gametofito) è rappresentata da una piccola escrescenza a forma di foglia, e la generazione asessuata (sporofito) è una grande pianta frondosa su cui si sviluppano spore (Fig. 19).

È caratteristico che la riproduzione asessuata avvenga quando l'organismo si trova in condizioni favorevoli per essa. Quando le condizioni peggiorano, l'organismo passa alla riproduzione sessuale. In molte piante e animali altamente sviluppati, la riproduzione sessuale inizia solo dopo che l'organismo ha attraversato una serie di stadi definiti nel suo sviluppo e ha raggiunto l'età della maturità sessuale.

La riproduzione asessuata e sessuale sono i due modi principali di continuare la vita, formati nel processo di evoluzione della fauna selvatica.

1. Spiegare il vantaggio evolutivo della riproduzione sessuale rispetto alla riproduzione asessuata.

2*. Qual è il ruolo biologico della riproduzione asessuata nell'evoluzione degli esseri viventi?

La fusione di due cellule adiacenti adiacenti è un metodo di fecondazione in molti organismi primitivi.

Le cellule sessuali maschili mobili si sviluppano nella maggior parte degli animali e delle piante, mentre le cellule sessuali maschili immobili si sviluppano solo nelle piante da seme.

§ 14 Divisione cellulare. Mitosi

Tutte le nuove cellule nascono dividendo una cellula esistente, realizzando la legge fondamentale della vita: "una cellula - da una cellula". Questo processo è osservato sia negli organismi unicellulari che multicellulari.

Negli organismi unicellulari, la divisione cellulare è alla base della riproduzione asessuata, portando ad un aumento del loro numero. Negli organismi multicellulari la divisione è alla base della formazione dell'organismo stesso. Avendo iniziato la loro esistenza con una singola cellula (zigote), grazie a divisioni ripetute più volte, creano miliardi di nuove cellule mediante riproduzione asessuata: in questo modo il corpo cresce, i suoi tessuti si rinnovano e le cellule invecchiate e morte vengono sostituite. La divisione cellulare non si ferma per tutta la vita dell'organismo, dalla nascita alla morte.

È noto che le cellule invecchiano nel tempo (accumulano prodotti metabolici non necessari) e muoiono. Si stima che in un adulto il numero totale di cellule sia superiore a 10 15 . Di queste, circa l'1-2% delle cellule muore ogni giorno. Quindi, le cellule del fegato vivono non più di 18 mesi, gli eritrociti - 4 mesi, le cellule epiteliali dell'intestino tenue - 1-2 giorni. Solo le cellule nervose vivono per tutta la vita e funzionano di una persona senza essere sostituite. Tutte le altre cellule umane vengono sostituite da nuove cellule circa ogni 7 anni.

Tutte le sostituzioni cellulari nel corpo vengono effettuate mediante la loro costante divisione.

La divisione cellulare è un processo complesso di riproduzione asessuata. Le nuove cellule figlie risultanti di solito diventano capaci di dividersi dopo un certo periodo del loro sviluppo. Ciò è dovuto al fatto che la divisione dovrebbe essere preceduta dal raddoppio degli organelli intracellulari che garantiscono l'attività vitale della cellula. Altrimenti nelle cellule figlie entrerebbero sempre meno organelli. Per il normale funzionamento, una cellula figlia, come una cellula madre, deve ricevere informazioni ereditarie sulle sue caratteristiche principali contenute nei cromosomi. Senza queste informazioni, la cellula non sarà in grado di sintetizzare gli acidi nucleici e le proteine ​​di cui ha bisogno. Ciò significa che ogni cellula figlia durante la divisione deve ricevere una copia dei cromosomi con informazioni ereditarie dalla cellula madre.

L'autoriproduzione per divisione è una proprietà comune delle cellule degli organismi unicellulari e multicellulari. Tuttavia, questo processo avviene in modo diverso nelle cellule procariotiche ed eucariotiche.

Divisione cellulare nei procarioti. La divisione cellulare dei procarioti è dovuta alle peculiarità della struttura delle loro cellule. Le cellule procariotiche non hanno nucleo né cromosomi. Pertanto, le cellule si moltiplicano per semplice divisione. La sostanza nucleare nei batteri è rappresentata da un'unica molecola circolare di DNA, convenzionalmente considerata un cromosoma. Il DNA ha forma circolare ed è solitamente attaccato alla membrana cellulare. Prima di dividersi, il DNA batterico viene duplicato e ciascuno di essi, a sua volta, è attaccato alla membrana cellulare. Una volta completata la duplicazione del DNA, la membrana cellulare cresce tra le due molecole di DNA risultanti. Pertanto, il citoplasma è diviso in due cellule figlie, ciascuna delle quali contiene un'identica molecola circolare di DNA (Fig. 20).

Divisione cellulare negli eucarioti. Nelle cellule eucariotiche, le molecole di DNA sono racchiuse nei cromosomi. I cromosomi svolgono un ruolo importante nel processo di divisione cellulare. Garantiscono il trasferimento di tutte le informazioni ereditarie e la partecipazione alla regolazione dei processi metabolici nelle cellule figlie. Distribuendo i cromosomi tra le cellule figlie e trasferendo a ciascuna di esse un insieme di cromosomi rigorosamente identici, si ottiene la continuità delle proprietà in un numero di generazioni di organismi.

Durante la divisione, il nucleo di una cellula eucariotica attraversa una serie di fasi sequenziali e continue che si susseguono. Questo processo è chiamato mitosi (dal greco mitos- "filo").

Come risultato della mitosi, si verifica prima il raddoppio e poi una distribuzione uniforme del materiale ereditario tra i due nuclei delle cellule figlie emergenti.

A seconda di ciò che accade nella cellula in divisione e di come questi eventi appaiono al microscopio, si distinguono quattro fasi, o stadi, della mitosi, che si susseguono: la prima fase è la profase, la seconda è la metafase, la terza è l'anafase e la seconda è la profase. quarto, finale, - telofase. Consideriamo cosa accade nel nucleo nei diversi stadi della fissione (Fig. 21).

Profase. Maggiore dimensione del nucleo. La membrana nucleare si disintegra. I cromosomi doppi sono chiaramente visibili: sono costituiti da due copie filiformi - i cromatidi, collegate da una costrizione - un centromero. Nel citoplasma, i microtubuli formano un apparato per separare i cromosomi: il fuso di divisione.

Metafase. I cromosomi si spostano al centro della cellula. Ciascuno di essi è costituito da due cromatidi collegati da un centromero. Un'estremità dei fili del fuso è attaccata ai centromeri.

Anafase. I microtubuli si contraggono, i centromeri si separano e si allontanano gli uni dagli altri. I cromosomi si separano e i cromatidi si spostano ai poli opposti del fuso.

Telofase. Si formano nuovi nuclei. I cromosomi nei nuovi nuclei diventano sottili, invisibili al microscopio. Il nucleolo riappare e si forma il guscio del nucleo. Questa è l'ultima fase della divisione cellulare.

Contemporaneamente alla telofase inizia la divisione del citoplasma. Innanzitutto, si forma una costrizione (divisione) tra le cellule figlie. Dopo qualche tempo, il contenuto della cella viene diviso. Ecco come appaiono le nuove cellule figlie con il citoplasma attorno a nuovi nuclei identici. Dopodiché ricomincia la preparazione per la divisione della cellula ormai nuova, e l'intero ciclo si ripete continuamente, se ci sono condizioni favorevoli. Il processo di mitosi dura circa 1-2 ore e la sua durata varia a seconda dei diversi tipi di cellule e tessuti. Dipende anche dalle condizioni ambientali.

La divisione del nucleo e, di conseguenza, della cellula prosegue continuamente finché la cellula ha i mezzi per assicurare la sua attività vitale.

Ciclo cellulare. L'esistenza di una cellula dal momento in cui appare come risultato della divisione alla divisione in cellule figlie è chiamata ciclo di vita cellulare o ciclo cellulare. Ci sono due fasi (o fasi) nel ciclo di vita cellulare.

La prima fase del ciclo cellulare è la preparazione della cellula alla divisione. Si chiama interfase (dal latino inter- “tra” e dal greco phase- “apparizione”). L'interfase nel ciclo cellulare richiede l'intervallo di tempo più lungo (fino al 90%). Durante questo periodo, il nucleo e il nucleolo sono chiaramente visibili nella cellula. C'è una crescita attiva di una cellula giovane, viene effettuata la biosintesi delle proteine, il loro accumulo, la preparazione delle molecole di DNA per il raddoppio e il raddoppio (replicazione) di tutto il materiale cromosomico. I cromosomi non sono visibili, ma il processo del loro raddoppio avviene attivamente. Il cromosoma doppio è costituito da due metà contenenti una molecola di DNA a doppio filamento. Le caratteristiche caratteristiche delle cellule in interfase sono la despiralizzazione (svolgimento) dei cromosomi e la loro distribuzione uniforme sotto forma di massa sciolta in tutto il nucleo. Alla fine dell'interfase, i cromosomi si spiralizzano (si attorcigliano) e diventano visibili, ma rappresentano ancora sottili fili allungati (Fig. 22).

Nella seconda fase del ciclo cellulare avviene la mitosi e la cellula si divide in due cellule figlie.

Dopo la separazione, ciascuna delle due cellule figlie entra nuovamente nel periodo interfase. Da questo momento in poi, entrambe le cellule eucariotiche che si sono formate iniziano un nuovo ciclo cellulare (ora il proprio).

Come puoi vedere, la divisione cellulare negli eucarioti e nei procarioti avviene in modi diversi. Ma sia la semplice divisione nei procarioti che la divisione per mitosi negli eucarioti sono metodi di riproduzione asessuata: le cellule figlie ricevono le informazioni ereditarie che aveva la cellula madre. Le cellule figlie sono geneticamente identiche al genitore. Non ci sono cambiamenti nell'apparato genetico qui. Pertanto, tutte le cellule che compaiono nel processo di divisione cellulare e i tessuti da esse formati presentano omogeneità genetica.

1. Spiegare le differenze nei processi di divisione cellulare nei procarioti e negli eucarioti.

2*. Perché nella riproduzione asessuata i figli sono identici ai genitori?

3. Descrivere il processo di mitosi e le caratteristiche di ciascuna delle sue fasi.

4. Sostituisci le parole sottolineate con termini.

La prima fase della mitosi inizia quando i cromosomi diventano visibili.

Alla fine della terza fase della mitosi, i cromosomi si trovano ai poli opposti della cellula.

Le strutture cellulari contenenti informazioni genetiche diventano visibili solo durante la mitosi.

Lavoro di laboratorio n. 2 (vedi Appendice, p. 230).

§ 15 Formazione delle cellule sessuali. Meiosi

Le cellule sessuali (gameti) si sviluppano negli organi genitali (generativi) e svolgono un ruolo cruciale: assicurano il trasferimento delle informazioni ereditarie dai genitori alla prole. Durante la riproduzione sessuale, a seguito della fecondazione, due cellule germinali (maschio e femmina) si uniscono e formano una cellula: uno zigote, la cui successiva divisione porta allo sviluppo di un organismo figlia.

Di solito, il nucleo della cellula contiene due serie di cromosomi - uno da uno e l'altro genitore - 2p (la lettera latina "p" denota un singolo set di cromosomi). Tale cellula è chiamata diploide (dal greco diploos - "doppio" ed eidos - "vista"). Si può presumere che quando due nuclei si uniscono, la cellula appena formata (zigote) conterrà non due, ma quattro serie di cromosomi, che raddoppieranno nuovamente ad ogni successiva comparsa di zigoti. Immagina quanti cromosomi si accumulerebbero in una cellula! Ma questo non accade nella natura vivente: il numero di cromosomi in ciascuna specie durante la riproduzione sessuale rimane costante. Ciò è dovuto al fatto che le cellule germinali sono formate da una divisione speciale. Per questo motivo, non due (2n), ma solo una coppia di cromosomi (In), cioè la metà di ciò che era nella cellula prima della sua divisione, entrano nel nucleo di ciascuna cellula germinale. Le cellule con un singolo set di cromosomi, cioè contenenti solo la metà di ciascuna coppia di cromosomi, sono chiamate aploidi (dal greco haploos - "semplice", "singolo" ed eidos - "vista").

Il processo di divisione delle cellule germinali, a seguito del quale nel nucleo è presente la metà dei cromosomi, è chiamato meiosi (meiosi greca - "riduzione"). Durante la formazione delle cellule germinali sia maschili che femminili si verifica un dimezzamento del numero di cromosomi nel nucleo (la cosiddetta riduzione). Durante la fecondazione mediante fusione delle cellule germinali nel nucleo dello zigote viene nuovamente creata una doppia serie di cromosomi (2p).

Va notato che in molti eucarioti (microrganismi, piante inferiori e maschi di alcune specie di artropodi) le cellule somatiche (greco soma - "corpo") (tutte le cellule del corpo, escluse le cellule sessuali) hanno un insieme aploide di cromosomi. In molte piante da fiore, le cellule sono poliploidi, cioè contengono molti set di cromosomi. Ma nella maggior parte degli animali, nell'uomo e nelle piante superiori, solo le cellule germinali sono aploidi. In tutte le altre cellule del corpo di questi organismi, il nucleo contiene un diploide (2p) - un doppio set di cromosomi.

La meiosi è di grande importanza nel mondo vivente. Nel processo di meiosi (a differenza della mitosi), si formano cellule figlie che contengono la metà dei cromosomi delle cellule madri, ma a causa dell'interazione dei cromosomi del padre e della madre, hanno sempre nuove e uniche combinazioni di cromosomi. Queste combinazioni nella prole sono espresse in nuove combinazioni di tratti. L'insieme emergente di combinazioni cromosomiche aumenta la capacità di una specie di sviluppare adattamenti alle mutevoli condizioni ambientali, il che è molto importante per l'evoluzione.

Con l'aiuto della meiosi si formano cellule germinali con un corredo di cromosomi più piccolo e con proprietà genetiche qualitativamente diverse rispetto a quelle delle cellule madri.

La meiosi, o divisione di riduzione, è una combinazione di due fasi peculiari della divisione cellulare, che si susseguono senza interruzione. Si chiamano meiosi I (prima divisione) e meiosi II (seconda divisione). Ogni fase ha diverse fasi. I nomi delle fasi sono gli stessi delle fasi della mitosi. Le interfasi si osservano prima delle divisioni. Ma il raddoppio del DNA nella mitosi avviene solo prima della prima divisione. Il corso della meiosi è mostrato nella Figura 23.

Nella prima interfase (che precede la prima divisione della meiosi), si verifica un aumento delle dimensioni delle cellule, il raddoppio degli organelli e il raddoppio del DNA nei cromosomi.

La prima divisione (meiosi I) inizia con la profase /, durante la quale i cromosomi duplicati (con due cromatidi ciascuno) sono chiaramente visibili al microscopio ottico. In questa fase, cromosomi identici (omologhi), ma provenienti dai nuclei dei gameti paterni e materni, si avvicinano tra loro e “si uniscono” per tutta la lunghezza in coppie. I centromeri (restrizioni) dei cromosomi omologhi si trovano fianco a fianco e si comportano come una singola unità, tenendo insieme i quattro cromatidi. Tali cromosomi doppi omologhi interconnessi sono chiamati coppia o bivalente (dal latino bi - "doppio" e valens - "forte").

I cromosomi omologhi che compongono il bivalente sono strettamente collegati tra loro in alcuni punti. In questo caso, può verificarsi uno scambio di sezioni di filamenti di DNA, a seguito del quale si formano nuove combinazioni di geni nei cromosomi. Questo processo è chiamato Crossing Door (inglese cmssingover - "croce") e può portare alla ricombinazione di sezioni grandi o piccole di cromosomi omologhi con diversi geni o parti di un gene nelle molecole di DNA (Fig. 24).

A causa dell'incrocio, i cromosomi con altre proprietà ereditarie rispetto ai cromosomi dei gameti parentali risultano essere nelle cellule germinali.

Il fenomeno del crossover è di fondamentale importanza biologica, poiché aumenta la diversità genetica nella prole.

La complessità dei processi che si verificano nella profase I (nei cromosomi, nel nucleo) determina la durata più lunga di questa fase della meiosi.

Nella metafase I i bivalenti si trovano nella parte equatoriale della cellula. Quindi, nell'anafase I, i cromosomi omologhi si separano ai poli opposti della cellula. La telofase / completa la prima divisione della meiosi, a seguito della quale si formano due cellule figlie, sebbene ciascun cromosoma in esse rimanga ancora raddoppiato (cioè è costituito da due cromatidi fratelli).

La telofase I è seguita dalla seconda interfase. Ci vuole un tempo molto breve, poiché in esso non avviene la sintesi del DNA.

La seconda divisione (meiosi II) inizia con la profase II. Due cellule figlie che sono sorte nella telofase I iniziano la divisione simile alla mitosi: i nucleoli e le membrane nucleari vengono distrutti, appaiono i filamenti del fuso, con un'estremità attaccata al centromero. Nella metafase i cromosomi si allineano lungo l’equatore del fuso. Nell'anafase II i centromeri si dividono e i cromatidi dei cromosomi di entrambe le cellule figlie divergono verso i loro poli.

Di conseguenza, da ciascun cromosoma duplicato si ottengono due cromosomi separati che si spostano verso i poli opposti della cellula. Ad entrambi i poli si forma un nucleo da gruppi di cromosomi qui riuniti. In esso, ogni coppia di cromosomi omologhi è rappresentata da un solo cromosoma.

Nella telofase II, attorno al nucleo, che ora contiene un singolo insieme (aploide) di cromosomi, la membrana nucleare si riforma e il contenuto cellulare si divide. Il processo di riduzione della formazione delle cellule germinali termina con la creazione di quattro cellule aploidi: i gameti.

Come risultato della meiosi, da una cellula compaiono quattro cellule con un set di cromosomi aploidi.

Il processo di formazione delle cellule germinali maschili (spermatozoi) è chiamato spermatogenesi (dal greco spermatos - "seme" e genesi - "emergenza", "origine"). Il processo di sviluppo delle cellule germinali femminili (uova) è chiamato oogenesi o oogenesi (dal greco oop - "uovo" e genesi - "emergenza", "origine"),

1. Perché le proprietà degli organismi figli che si sono sviluppati dallo zigote non sono identiche a quelle del genitore?

2*. Qual è il significato biologico della meiosi?

3. Sostituisci le parole evidenziate con il termine.

La divisione cellulare, a seguito della quale nel nucleo ci sono la metà dei cromosomi, porta alla formazione di cellule germinali.

4. Completa la dichiarazione scegliendo il termine corretto:

Gli stessi cromosomi del padre e della madre si chiamano:

a) aploide; c) diploide;

b) omologo; d) singolo.

§ 16 Sviluppo individuale degli organismi - ontogenesi

Il corpo subisce trasformazioni significative durante il periodo della sua vita: cresce e si sviluppa.

L'insieme delle trasformazioni che avvengono nel corpo dalla sua nascita alla morte naturale è chiamato sviluppo individuale o ontogenesi (dal greco ontos - "esistente" e genesi - "emergenza", "origine"). Negli organismi unicellulari, la vita rientra in un ciclo cellulare e tutte le trasformazioni avvengono tra due divisioni cellulari. Negli organismi multicellulari questo processo è molto più complicato.

Con la riproduzione asessuata, inclusa la riproduzione vegetativa, l'ontogenesi inizia dal momento della divisione delle cellule iniziali (cioè dando origine) dell'organismo materno. L'organismo nelle prime fasi di sviluppo è chiamato germe.

Gli organismi unicellulari, come tutte le cellule, nascono dalla divisione cellulare. In una cellula appena formata, non sempre si formano strutture intracellulari che forniscono le sue funzioni e processi vitali specifici. È necessario un certo tempo affinché tutti gli organelli si formino e tutti gli enzimi necessari vengano sintetizzati. Questo primo periodo di esistenza di una cellula (e di un organismo unicellulare) nel ciclo cellulare è chiamato maturazione. Segue un periodo di vita cellulare matura, che culmina con la sua divisione.

Nello sviluppo individuale di un organismo multicellulare si distinguono diverse fasi, spesso chiamate periodi di età. Esistono quattro periodi di età: germinale (embrionale), giovinezza, maturità e vecchiaia.

Negli animali si distinguono spesso solo due periodi: embrionale e postembrionale. Il periodo embrionale è lo sviluppo dell'embrione (embrione) prima della sua nascita. Post-embrionale è il periodo di sviluppo di un organismo dalla sua nascita o uscita dall'uovo o dalle membrane embrionali fino alla morte.

Il periodo embrionale dell'ontogenesi (sviluppo embrionale), che avviene nell'utero del corpo materno e termina con la nascita, si trova nella maggior parte dei mammiferi, compreso l'uomo. Negli organismi che depongono le uova e depongono le uova, lo sviluppo embrionale avviene al di fuori del corpo della madre e termina con l'uscita dalle membrane delle uova (nei pesci, anfibi, rettili, uccelli, così come in molti animali invertebrati - echinodermi, molluschi, vermi, ecc. ).

Nella stragrande maggioranza degli organismi animali, il processo di sviluppo embrionale avviene in modo simile. Ciò conferma la comunanza della loro origine.

Negli esseri umani, durante lo sviluppo embrionale, il cervello e il midollo spinale iniziano a separarsi per primi. Ciò avviene entro la terza settimana dal concepimento. In questa fase, la lunghezza dell'embrione umano è di soli 2 mm.

Fin dai primi giorni di sviluppo embrionale, l'embrione è molto sensibile agli effetti dannosi, soprattutto chimici (farmaci, veleni, alcol, droghe) e infettivi. Se, ad esempio, una donna si ammala di rosolia tra la 4a e la 12a settimana di gravidanza, ciò può causare un aborto spontaneo o interrompere la formazione del cuore, del cervello, degli organi della vista e dell'udito nel feto, cioè degli organi il cui sviluppo avviene in questo periodo.

Dopo la nascita o l'uscita dall'uovo, inizia lo sviluppo postembrionale dell'organismo. Per alcuni organismi, questo periodo di vita dura diversi giorni, per altri - diverse decine e centinaia di anni, a seconda della specie.

Il leone muore di vecchiaia all'età di circa 50 anni, il coccodrillo può vivere fino a 100 anni, la quercia - fino a 2000 anni, la sequoia - più di 3000 anni e l'avena - 4-6 mesi. Alcuni insetti vivono per diversi giorni. Una persona muore di vecchiaia tra i 75 e i 100 anni, anche se alcune persone vivono oltre i 100 anni.

Lo sviluppo postembrionale è costituito da tre periodi di età: giovinezza, maturità e vecchiaia. Ciascuno di questi periodi è caratterizzato da alcune trasformazioni nella struttura e nei processi vitali dell'organismo, dovuti alla sua eredità e all'influenza delle condizioni esterne. Nel processo di sviluppo postembrionale, l'organismo subisce cambiamenti quantitativi e qualitativi.

L'ontogenesi è lo sviluppo di un individuo (individuo) dovuto all'ereditarietà e all'influenza delle condizioni ambientali.

L’ontogenesi è sicuramente uno dei fenomeni biologici più sorprendenti. Apparso sotto forma di un minuscolo embrione o germe, il corpo attraversa una serie di complesse fasi di sviluppo, durante le quali in esso si formano gradualmente tutti gli organi e i meccanismi che assicurano l'attività vitale. Raggiunta la pubertà, l'organismo realizza la funzione principale dei viventi: dà prole, che garantisce la durata e la continuità dell'esistenza della sua specie.

L'esistenza di qualsiasi organismo è un processo complesso e continuo di sviluppo embrionale e post-embrionale in determinate condizioni di habitat e per periodi specifici di ciascuna specie.

1. Descrivere il periodo di sviluppo embrionale dell'organismo.

2. Sostituire i termini con le seguenti definizioni: organismo nelle prime fasi di sviluppo; sviluppo individuale di un organismo pluricellulare.

3*. Spiega perché l'influenza di influenze esterne pericolose (radiazioni, fumo) è più distruttiva nella fase embrionale dell'ontogenesi che nella fase postembrionale.

La riproduzione è inerente a tutti gli organismi viventi. Con l'aiuto della riproduzione è assicurata l'autoriproduzione degli organismi e la continuità dell'esistenza delle specie. Esistono due tipi principali di riproduzione negli organismi: asessuale e sessuale. La divisione cellulare indiretta (mitosi) durante il passaggio di una serie di fasi (profase, metafase, anafase, telofase) garantisce il trasferimento alle cellule figlie delle stesse informazioni ereditarie del genitore, contenute nei cromosomi del nucleo. L'interfase prepara la cellula alla divisione.

Il tipo più antico di riproduzione è la riproduzione asessuata. Garantisce la stabilità delle informazioni genetiche, la conservazione delle proprietà delle specie, un aumento più rapido del numero e il reinsediamento in nuovi territori.

La riproduzione sessuale è nata nel processo di evoluzione più tardi di quella asessuata. Attraverso la meiosi, il crossover e la fecondazione, la riproduzione sessuale fornisce variabilità genetica che consente agli organismi di acquisire nuovi tratti e proprietà e quindi di adattarsi meglio alle mutevoli condizioni ambientali.

Nel processo di meiosi, si verificano la divisione ridotta delle cellule germinali e la formazione di un insieme di cromosomi aploidi (In) nel nucleo dei gameti. Quando le cellule vengono fecondate, i gameti maschili e femminili si fondono con un insieme di cromosomi aploidi e si forma uno zigote con un insieme di cromosomi diploidi (2p) nel nucleo.

Lo zigote dà origine allo sviluppo di un nuovo organismo. Il corso della vita di un organismo dalla nascita alla morte è chiamato sviluppo individuale (ontogenesi). Negli organismi multicellulari, l'ontogenesi consiste nei periodi embrionale e postembrionale.

Lo sviluppo individuale di tutti gli organismi viene effettuato in conformità con le proprietà ereditarie inerenti alla specie e in base alle condizioni ambientali.

Mettiti alla prova

1. Spiegare come si manifesta il ruolo biologico dei gameti sessuali femminili e maschili.

2. Spiegare le principali differenze tra mitosi e meiosi.

3. Qual è la dipendenza dello sviluppo individuale dell'organismo dalle condizioni ambientali nei periodi embrionale e postembrionale?

4. Quali fasi si osservano nel ciclo cellulare degli organismi unicellulari? Spiegare l'importanza dell'interfase nella vita di una cellula.

1. Descrivere i concetti di "crescita dell'organismo" e "sviluppo dell'organismo".

Problemi da discutere

1. Descrivere il ruolo biologico dei diversi tipi di riproduzione se osservati in organismi della stessa specie. Dare esempi.

2. Ampliare il meccanismo per garantire la continuità della vita.

3. È corretto dire che lo sviluppo dell'organismo avviene nel periodo embrionale, e nel periodo postembrionale si verifica solo un aumento delle dimensioni del corpo, cioè la crescita dell'organismo? Sostieni le tue opinioni con esempi specifici.

Concetti basilari

Riproduzione asessuata. Riproduzione sessuale. Gamete. Zigote. Cromosoma. Mitosi. Meiosi. Attraversando. Ciclo cellulare. cellula diploide. cellula aploide. Ontogenesi.

Fondamenti della dottrina dell'ereditarietà e della variabilità

Dopo aver studiato il capitolo, sarai in grado di:

Spiegare i concetti base della genetica;

Descrivere il meccanismo di determinazione del sesso e i tipi di ereditarietà dei tratti;

Descrivere il ruolo dell'ereditarietà e della variabilità degli organismi nella fauna selvatica.

§ 17 Dalla storia dello sviluppo della genetica

La genetica (genesi greca - "origine") è il nome della scienza che studia l'ereditarietà e la variabilità degli organismi, nonché i meccanismi per il controllo di questi processi. Ha una lunga storia.

Anche nei tempi antichi, le persone sapevano che le piante, gli animali e persino gli esseri umani ereditano alcune caratteristiche dai loro genitori, poiché era impossibile non vedere le somiglianze tra prole e genitori. Inoltre, alcuni segni "generici" sono stati tramandati immutati di generazione in generazione. Sulla base di questa capacità di piante e animali di ereditare determinate qualità, hanno iniziato a selezionare i semi di piante per la semina dagli individui più produttivi, hanno cercato di mantenere animali giovani che hanno le proprietà di cui le persone hanno bisogno: dare più latte o lana, eseguire meglio il lavoro di tiro , eccetera.

Antichi manoscritti cinesi testimoniano, ad esempio, che 6.000 anni fa furono create diverse varietà di riso attraverso incroci e selezioni. Reperti archeologici confermano che gli egiziani coltivavano varietà produttive di grano. Tra i monumenti scritti babilonesi in Mesopotamia è stata rinvenuta una tavoletta di pietra risalente al VI millennio a.C. e., che ha registrato dati sull'eredità della forma della testa e della criniera in cinque generazioni di cavalli (Fig. 25).

Tuttavia, solo nel XIX e all'inizio del XX secolo, quando fu accumulata la conoscenza sulla vita della cellula, gli scienziati iniziarono a studiare il fenomeno dell'ereditarietà. Il primo lavoro scientifico sullo studio dell'ereditarietà è stato svolto dallo scienziato e monaco ceco G. Mendel. Nel 1865, nell'articolo "Esperimenti sugli ibridi vegetali", formulò i modelli di ereditarietà dei tratti che gettarono le basi per la scienza della genetica. Mendel ha dimostrato che i tratti ereditari (inclinazioni) non sono "fusi", come si pensava in precedenza, ma si trasmettono dai genitori ai discendenti sotto forma di unità discrete (separate, separate), che ha chiamato fattori. Queste unità, presentate in coppia negli individui, non si fondono insieme, ma rimangono distinte e si trasmettono ai discendenti nelle cellule germinali maschili e femminili, una unità per ciascuna coppia.

Nel 1909, le unità ereditarie furono nominate geni dallo scienziato danese W. Johansen (genos greco - "genere"). All'inizio del XX secolo. l'embriologo e genetista americano T. Morgan ha stabilito sperimentalmente che i geni si trovano sui cromosomi e lì sono disposti linearmente. Da allora, il concetto di gene è stato centrale nella genetica.

Ruolo di primo piano nello sviluppo della genetica nella prima metà del XX secolo. interpretato dai nostri scienziati nazionali. COME. Serebrovsky, esplorando la genetica degli animali, ha mostrato la complessa struttura del gene, ha introdotto nella scienza il termine "pool genetico". La dottrina dell'ereditarietà e della variabilità fu arricchita dalle opere di N.I. Vavilov, che formulò nel 1920 la legge delle serie omogenee dell'ereditarietà e della variabilità, che assicurava una stretta connessione tra genetica e dottrina evoluzionistica. Yu.A. Filipchenko ha condotto numerosi esperimenti sull'analisi genetica delle piante, sviluppato metodi per studiare la variabilità e l'ereditarietà. Un contributo significativo allo sviluppo della genetica è stato dato anche da G.D. Karpechenko, N.K. Koltsov, S.S. Chetverikov e altri ricercatori.

Negli anni '40. furono gettate le basi biochimiche della genetica. Gli scienziati hanno dimostrato il ruolo delle molecole di acido nucleico nella trasmissione delle informazioni ereditarie, che ha portato alla nascita della genetica molecolare. La decifrazione della struttura della molecola del DNA, pubblicata nel 1953, ha mostrato una stretta connessione di questo composto chimico con le informazioni ereditarie nei geni.

I progressi nel campo della genetica molecolare hanno portato alla creazione di una nuova branca della scienza biologica: l'ingegneria genetica, che consente, manipolando singoli geni, di ottenere in vitro nuove combinazioni di geni nel cromosoma che prima non c'erano. L'ingegneria genetica è diventata ampiamente utilizzata nella pratica dell'agricoltura e della biotecnologia.

Lo sviluppo della genetica basata su basi molecolari nella considerazione delle qualità ereditarie è diventato possibile grazie alla creazione di alte tecnologie nel campo della ricerca scientifica, apparse solo a metà del XX secolo.

La genetica è la base teorica della selezione (lat. selectio - "scelta", "selezione") di piante, animali e microrganismi, cioè la creazione di organismi con le proprietà di cui una persona ha bisogno. Sulla base di modelli genetici, gli allevatori creano varietà vegetali e razze di animali domestici migliorate. I metodi di ingegneria genetica producono nuovi ceppi (colture pure) di microrganismi (batteri, funghi) che sintetizzano sostanze per il trattamento delle malattie.

La ricerca degli scienziati genetici ha portato alla comprensione del fatto che oltre alle malattie infettive esistono molte diverse malattie ereditarie. La diagnosi precoce di queste malattie consente di intervenire tempestivamente nel decorso della malattia e di prevenirne o rallentarne lo sviluppo.

Il degrado ambientale e i cambiamenti ambientali negativi hanno causato molti disturbi nella sfera genetica degli organismi viventi, aumentando la probabilità di malattie ereditarie negli esseri umani.

Per risolvere molti dei problemi associati a questa tendenza allarmante e per garantire la sicurezza genetica umana, erano necessari una ricerca mirata e gli sforzi congiunti di scienziati ambientali e genetisti. Così è nata una nuova importante direzione nella scienza: la genetica ecologica, che ha garantito lo sviluppo del servizio di sicurezza genetica. Quest'ultimo studia l'attività genetica dei fattori ambientali chimici e fisici che influenzano l'uomo e la natura nel suo insieme. Gli ecologisti hanno dimostrato che per lo sviluppo sostenibile della vita sulla Terra è necessario preservare la diversità biologica delle specie e degli ecosistemi naturali. Questo compito vitale per l'umanità ha portato allo sviluppo attivo di una direzione nella scienza biologica come la genetica delle popolazioni.

La conoscenza della genetica è richiesta in botanica, zoologia, microbiologia, ecologia, evoluzione, antropologia, fisiologia, etologia e altre aree della biologia. I dati della ricerca genetica vengono utilizzati in biochimica, medicina, biotecnologia, conservazione della natura e agricoltura. Si può dire che le scoperte e i metodi della genetica trovano applicazione in tutti gli ambiti dell'attività umana legati agli organismi viventi. Le leggi della genetica sono di grande importanza per spiegare tutti i processi della vita sulla Terra.

Il ruolo scientifico e pratico della genetica è determinato dall'importanza dell'oggetto del suo studio: ereditarietà e variabilità, cioè proprietà inerenti a tutti gli esseri viventi.

1. Cosa studia la scienza della genetica, quando e perché ha preso il nome?

2. Perché G. Mendel è considerato il "padre della genetica"?

3. Sostituisci le parole evidenziate con il termine.

I dati della scienza, che studia l’ereditarietà e la variabilità degli organismi, sono ormai ampiamente utilizzati in tutti i settori della biologia.

Le unità che assicurano il trasferimento delle proprietà ereditarie sono presenti in tutti gli organismi senza eccezioni.

4*. Descrivere il ruolo della conoscenza sugli acidi nucleici per lo sviluppo della genetica.

§ 18 Concetti fondamentali della genetica

La genetica studia due proprietà principali degli organismi viventi: ereditarietà e variabilità.

L'ereditarietà è la capacità degli organismi di trasmettere le loro caratteristiche e caratteristiche di sviluppo alla prole. Grazie a questa capacità tutti gli esseri viventi (piante, animali, funghi o batteri) conservano nei loro discendenti i tratti caratteristici della specie. Tale continuità delle proprietà ereditarie è assicurata dal trasferimento delle loro informazioni genetiche. I geni sono i portatori di informazioni ereditarie negli organismi.

Un gene è un'unità di informazione ereditaria che si manifesta come segno di un organismo.

Nell'argomento "Biosintesi delle proteine ​​in una cellula vivente" (§ 10), è stato notato che un gene funge da base per la costruzione di molecole proteiche, ma in genetica un gene agisce come portatore di un tratto in un organismo. Questa “dualità” di un gene diventa comprensibile se ricordiamo che la funzione più importante di una proteina in una cellula è enzimatica, cioè gestire le reazioni chimiche, a seguito delle quali si formano tutti i segni di un organismo. Questo ruolo "doppio" del gene può essere espresso dallo schema: gene -" proteina -\u003e enzima -\u003e reazione chimica -\u003e segno dell'organismo.

Un gene è una sezione di una molecola di DNA (e in alcuni virus, di RNA) con un determinato insieme di nucleotidi. La sequenza di nucleotidi contiene informazioni genetiche sullo sviluppo delle caratteristiche di un organismo. Negli organismi superiori, i geni si trovano nel DNA dei cromosomi (questi sono i cosiddetti geni nucleari) e nel DNA contenuto negli organelli del citoplasma - mitocondri e cloroplasti (questi sono geni citoplasmatici).

In tutti gli organismi della stessa specie, ciascun gene si trova in un determinato luogo rispetto agli altri geni. La posizione di un gene su un tratto di DNA è chiamata locus. In diversi individui della stessa specie, ciascun gene ha diverse forme: alleli. Gli alleli contengono informazioni sull'una o sull'altra variante dello sviluppo di un tratto controllato da questo gene (ad esempio, il colore degli occhi). Le cellule di un organismo diploide contengono solitamente due alleli di ciascun gene, uno ricevuto dalla madre, l'altro dal padre. Qualsiasi cambiamento nella struttura di un gene porta alla comparsa di nuovi alleli di questo gene e ad un cambiamento nel tratto da esso controllato.

Gli organismi che portano alleli diversi (alternativi) dello stesso gene sugli stessi cromosomi (omologhi) sono chiamati eterozigoti, mentre gli organismi con gli stessi alleli su cromosomi omologhi sono chiamati omozigoti.

L'eterozigosità di solito garantisce una maggiore vitalità degli organismi, la loro buona adattabilità alle mutevoli condizioni ambientali e quindi è ampiamente rappresentata nelle popolazioni naturali di varie specie.

Un gene è una sezione di una molecola di DNA che determina la possibilità di sviluppare un particolare tratto. Tuttavia, lo sviluppo stesso di questa funzione dipende in gran parte dalle condizioni esterne.

L’insieme di tutti i geni (alleli) di un individuo è chiamato genotipo. Il genotipo agisce come un unico sistema interagente di tutti gli elementi genetici che controllano la manifestazione di tutti i segni dell'organismo (sviluppo, struttura, attività vitale).

L’insieme di tutte le caratteristiche di un organismo è chiamato fenotipo. Il fenotipo si forma nel processo di interazione tra il genotipo e l'ambiente esterno. Non tutte le possibilità genotipiche di un organismo si realizzano nel fenotipo. Pertanto, il fenotipo è anche chiamato un caso speciale di manifestazione del genotipo in condizioni specifiche. Non esiste praticamente alcuna coincidenza completa del genotipo con il fenotipo. Non sempre un cambiamento nel genotipo è accompagnato da un cambiamento nel fenotipo e viceversa.

All'interno della stessa specie, tutti gli individui sono abbastanza simili tra loro. Ma in condizioni diverse, gli individui, anche con lo stesso genotipo, possono differire tra loro nella natura e nella forza della manifestazione delle loro caratteristiche (cioè nel fenotipo). A questo proposito, in genetica, viene utilizzato il concetto di norma di reazione, che denota la gamma (limiti) delle manifestazioni fenotipiche di un tratto in un individuo sotto l'influenza dell'ambiente esterno senza modificare il genotipo.

Il genotipo determina i limiti (intervallo) della norma della reazione dell'organismo, cioè le sue capacità genetiche, e il fenotipo implementa queste capacità nei segni.

Ogni organismo vive e si sviluppa in determinate condizioni ambientali, sperimentando l'azione di fattori esterni. Questi fattori (temperatura, luce, presenza di altri organismi, ecc.) possono manifestarsi nel fenotipo, cioè possono cambiare le dimensioni o le proprietà fisiologiche dell'organismo. Pertanto, la manifestazione dei segni anche in organismi strettamente correlati può essere diversa. Queste differenze tra gli individui all’interno di una specie sono chiamate variabilità.

La variabilità è una proprietà degli organismi viventi di esistere in varie forme, fornendo loro la capacità di sopravvivere in condizioni ambientali mutevoli.

La variazione può essere causata dall'influenza di fattori ambientali che non influenzano i cambiamenti nel genotipo. La variabilità associata ai cambiamenti nel genotipo è accompagnata dalla comparsa di nuovi tratti e qualità ereditate dall'organismo. Ciò è particolarmente spesso osservato negli individui che sono apparsi a seguito dell'incrocio.

La variazione è una proprietà degli organismi, opposta all'ereditarietà. Ma sia l’ereditarietà che la variabilità sono indissolubilmente legate. Garantiscono la continuità delle proprietà ereditarie e la capacità di adattarsi alle mutevoli nuove condizioni ambientali, provocando il progressivo sviluppo della vita.

Ereditarietà e variabilità sono inerenti a tutti gli organismi. La genetica, studiando i modelli di ereditarietà e variabilità, rivela metodi per gestire questi processi.

1. Cos'è un allele? Quali geni sono detti allelici?

2. Confrontare il ruolo dell'ereditarietà e della variabilità nella vita degli organismi.

3*. Eliminare le parole nelle frasi che distorcono la correttezza delle affermazioni.

Un gene come fattore ereditario e un'unità discreta di informazione genetica è localizzato nei cromosomi degli organelli.

Un genotipo è un singolo sistema di tutti i cromosomi e gli elementi genetici di una determinata cellula o organismo.

I limiti della norma di reazione sono determinati dal genotipo e dal fenotipo.

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La divisione cellulare è un processo complesso di riproduzione asessuata. Le nuove cellule figlie risultanti di solito diventano capaci di dividersi dopo un certo periodo del loro sviluppo. Ciò è dovuto al fatto che la divisione dovrebbe essere preceduta dal raddoppio degli organelli intracellulari che garantiscono l'attività vitale della cellula. Altrimenti nelle cellule figlie entrerebbero sempre meno organelli. Per il normale funzionamento, una cellula figlia, come una cellula madre, deve ricevere informazioni ereditarie sulle sue caratteristiche principali contenute nei cromosomi. Senza queste informazioni, la cellula non sarà in grado di sintetizzare gli acidi nucleici e le proteine ​​di cui ha bisogno. Ciò significa che ogni cellula figlia durante la divisione deve ricevere una copia dei cromosomi con informazioni ereditarie dalla cellula madre.

L'autoriproduzione per divisione è una proprietà comune delle cellule degli organismi unicellulari e multicellulari. Tuttavia, questo processo avviene in modo diverso nelle cellule procariotiche ed eucariotiche.

Divisione cellulare nei procarioti. La divisione cellulare dei procarioti è dovuta alle peculiarità della struttura delle loro cellule. Le cellule procariotiche non hanno nucleo né cromosomi.

Pertanto, le cellule si moltiplicano per semplice divisione. La sostanza nucleare nei batteri è rappresentata da un'unica molecola circolare di DNA, convenzionalmente considerata un cromosoma. Il DNA ha forma circolare ed è solitamente attaccato alla membrana cellulare.

Prima di dividersi, il DNA batterico viene duplicato e ciascuno di essi, a sua volta, è attaccato alla membrana cellulare. Una volta completata la duplicazione del DNA, la membrana cellulare cresce tra le due molecole di DNA risultanti. Pertanto, il citoplasma è diviso in due cellule figlie, ciascuna delle quali contiene un'identica molecola circolare di DNA (Fig. 20).

Divisione cellulare negli eucarioti. Nelle cellule eucariotiche, le molecole di DNA sono racchiuse nei cromosomi. I cromosomi svolgono un ruolo importante nel processo di divisione cellulare. Garantiscono il trasferimento di tutte le informazioni ereditarie e la partecipazione alla regolazione dei processi metabolici nelle cellule figlie. Distribuendo i cromosomi tra le cellule figlie e trasferendo a ciascuna di esse un insieme di cromosomi rigorosamente identici, si ottiene la continuità delle proprietà in un numero di generazioni di organismi.

Durante la divisione, il nucleo di una cellula eucariotica attraversa una serie di fasi sequenziali e continue che si susseguono. Questo processo è chiamato mitosi (gr.

mitos- "filo").

Come risultato della mitosi, si verifica prima il raddoppio e poi una distribuzione uniforme del materiale ereditario tra i due nuclei delle cellule figlie emergenti.

A seconda di ciò che accade nella cellula in divisione e di come questi eventi appaiono al microscopio, si distinguono quattro fasi, o stadi, della mitosi, che si susseguono: la prima fase è la profase, la seconda è la metafase, la terza è l'anafase e la seconda è la profase. quarto, finale, - telofase. Consideriamo cosa accade nel nucleo nei diversi stadi della fissione (Fig. 21).

Profase. Maggiore dimensione del nucleo. La membrana nucleare si disintegra. I cromosomi doppi sono chiaramente visibili: sono costituiti da due copie filiformi - i cromatidi, collegate da una costrizione - un centromero. Nel citoplasma, i microtubuli formano un apparato per separare i cromosomi: il fuso di divisione.

Metafase. I cromosomi si spostano al centro della cellula. Ciascuno di essi è costituito da due cromatidi collegati da un centromero. Un'estremità dei fili del fuso è attaccata ai centromeri.

Anafase. I microtubuli si contraggono, i centromeri si separano e si allontanano gli uni dagli altri. I cromosomi si separano e i cromatidi si spostano ai poli opposti del fuso.

Telofase. Si formano nuovi nuclei. I cromosomi nei nuovi nuclei diventano sottili, invisibili al microscopio. Il nucleolo riappare e si forma il guscio del nucleo. Questa è l'ultima fase della divisione cellulare.

Contemporaneamente alla telofase inizia la divisione del citoplasma. Innanzitutto, si forma una costrizione (divisione) tra le cellule figlie. Dopo qualche tempo, il contenuto della cella viene diviso. Ecco come appaiono le nuove cellule figlie con il citoplasma attorno a nuovi nuclei identici. Dopodiché ricomincia la preparazione per la divisione della cellula ormai nuova, e l'intero ciclo si ripete continuamente, se ci sono condizioni favorevoli. Il processo di mitosi dura circa 1-2 ore e la sua durata varia a seconda dei diversi tipi di cellule e tessuti. Dipende anche dalle condizioni ambientali.

La divisione del nucleo e, di conseguenza, della cellula prosegue continuamente finché la cellula ha i mezzi per assicurare la sua attività vitale.

Ciclo cellulare. L'esistenza di una cellula dal momento in cui appare come risultato della divisione alla divisione in cellule figlie è chiamata ciclo di vita cellulare o ciclo cellulare. Ci sono due fasi (o fasi) nel ciclo di vita cellulare.

La prima fase del ciclo cellulare è la preparazione della cellula alla divisione. Si chiama interfase (dal latino inter- “tra” e dal greco phase- “apparizione”). L'interfase nel ciclo cellulare richiede l'intervallo di tempo più lungo (fino al 90%). Durante questo periodo, il nucleo e il nucleolo sono chiaramente visibili nella cellula. C'è una crescita attiva di una cellula giovane, viene effettuata la biosintesi delle proteine, il loro accumulo, la preparazione delle molecole di DNA per il raddoppio e il raddoppio (replicazione) di tutto il materiale cromosomico. I cromosomi non sono visibili, ma il processo del loro raddoppio avviene attivamente. Il cromosoma doppio è costituito da due metà contenenti una molecola di DNA a doppio filamento. Le caratteristiche caratteristiche delle cellule in interfase sono la despiralizzazione (svolgimento) dei cromosomi e la loro distribuzione uniforme sotto forma di massa sciolta in tutto il nucleo. Alla fine dell'interfase, i cromosomi si spiralizzano (si attorcigliano) e diventano visibili, ma rappresentano ancora sottili fili allungati (Fig. 22).

Nella seconda fase del ciclo cellulare, avviene la mitosi e la divisione cellulare negli eucarioti sono metodi di riproduzione asessuata: le cellule figlie ricevono le informazioni ereditarie che aveva la cellula madre. Le cellule figlie sono geneticamente identiche al genitore. Non ci sono cambiamenti nell'apparato genetico qui. Pertanto, tutte le cellule che compaiono nel processo di divisione cellulare e i tessuti da esse formati presentano omogeneità genetica.

1. Spiegare le differenze nei processi di divisione cellulare nei procarioti e negli eucarioti.

2*. Perché nella riproduzione asessuata i figli sono identici ai genitori?

3. Descrivere il processo di mitosi e le caratteristiche di ciascuna delle sue fasi.

4. Sostituisci le parole sottolineate con termini.

La prima fase della mitosi inizia quando i cromosomi diventano visibili.

Alla fine della terza fase della mitosi, i cromosomi si trovano ai poli opposti della cellula.

Le strutture cellulari contenenti informazioni genetiche diventano visibili solo durante la mitosi.

Lavoro di laboratorio n. 2 (vedi Appendice, p. 230).

§ 15 Formazione delle cellule sessuali. Meiosi Le cellule sessuali (gameti) si sviluppano negli organi riproduttivi (generativi) e svolgono un ruolo importante: assicurano il trasferimento delle informazioni ereditarie dai genitori alla prole. Durante la riproduzione sessuale, a seguito della fecondazione, due cellule germinali (maschio e femmina) si uniscono e formano una cellula: uno zigote, la cui successiva divisione porta allo sviluppo di un organismo figlia.

Di solito, il nucleo della cellula contiene due serie di cromosomi - uno da uno e l'altro genitore - 2p (la lettera latina "p" denota un singolo set di cromosomi). Tale cellula è chiamata diploide (dal greco diploos - "doppio" ed eidos - "vista"). Si può presumere che quando due nuclei si uniscono, la cellula appena formata (zigote) conterrà non due, ma quattro serie di cromosomi, che raddoppieranno nuovamente ad ogni successiva comparsa di zigoti.

Immagina quanti cromosomi si accumulerebbero in una cellula!

Ma questo non accade nella natura vivente: il numero di cromosomi in ciascuna specie durante la riproduzione sessuale rimane costante. Ciò è dovuto al fatto che le cellule germinali sono formate da una divisione speciale. Per questo motivo, non due (2n), ma solo una coppia di cromosomi (In), cioè la metà di ciò che era nella cellula prima della sua divisione, entrano nel nucleo di ciascuna cellula germinale. Cellule con un singolo set di cromosomi, ad es.

Il processo di divisione delle cellule germinali, a seguito del quale nel nucleo è presente la metà dei cromosomi, è chiamato meiosi (meiosi greca - "riduzione").

Durante la formazione delle cellule germinali sia maschili che femminili si verifica un dimezzamento del numero di cromosomi nel nucleo (la cosiddetta riduzione). Durante la fecondazione mediante fusione delle cellule germinali nel nucleo dello zigote viene nuovamente creata una doppia serie di cromosomi (2p).

Va notato che in molti eucarioti (microrganismi, piante inferiori e maschi di alcune specie di artropodi) le cellule somatiche (greco soma - "corpo") (tutte le cellule del corpo, escluse le cellule sessuali) hanno un insieme aploide di cromosomi. In molte piante da fiore, le cellule sono poliploidi, cioè contengono molti set di cromosomi. Ma nella maggior parte degli animali, nell'uomo e nelle piante superiori, solo le cellule germinali sono aploidi. In tutte le altre cellule del corpo di questi organismi, il nucleo contiene un diploide (2p) - un doppio set di cromosomi.

La meiosi è di grande importanza nel mondo vivente. Nel processo di meiosi (a differenza della mitosi), si formano cellule figlie che contengono la metà dei cromosomi delle cellule madri, ma a causa dell'interazione dei cromosomi del padre e della madre, hanno sempre nuove e uniche combinazioni di cromosomi. Queste combinazioni nella prole sono espresse in nuove combinazioni di tratti. L'insieme emergente di combinazioni cromosomiche aumenta la capacità di una specie di sviluppare adattamenti alle mutevoli condizioni ambientali, il che è molto importante per l'evoluzione.

Con l'aiuto della meiosi si formano cellule germinali con un corredo di cromosomi più piccolo e con proprietà genetiche qualitativamente diverse rispetto a quelle delle cellule madri.

La meiosi, o divisione di riduzione, è una combinazione di due fasi peculiari della divisione cellulare, che si susseguono senza interruzione. Si chiamano meiosi I (prima divisione) e meiosi II (seconda divisione). Ogni fase ha diverse fasi.

I nomi delle fasi sono gli stessi delle fasi della mitosi. Le interfasi si osservano prima delle divisioni.

Ma il raddoppio del DNA nella mitosi avviene solo prima della prima divisione. Il corso della meiosi è mostrato nella Figura 23.

Nella prima interfase (che precede la prima divisione della meiosi), si verifica un aumento delle dimensioni delle cellule, il raddoppio degli organelli e il raddoppio del DNA nei cromosomi.

La prima divisione (meiosi I) inizia con la profase /, durante la quale i cromosomi duplicati (con due cromatidi ciascuno) sono chiaramente visibili al microscopio ottico. In questa fase, cromosomi identici (omologhi), ma provenienti dai nuclei dei gameti paterni e materni, si avvicinano tra loro e “si uniscono” per tutta la lunghezza in coppie. I centromeri (restrizioni) dei cromosomi omologhi si trovano fianco a fianco e si comportano come una singola unità, tenendo insieme i quattro cromatidi. Tali cromosomi doppi omologhi interconnessi sono chiamati coppia o bivalente (dal latino bi - "doppio" e valens - "forte").

I cromosomi omologhi che compongono il bivalente sono strettamente collegati tra loro in alcuni punti. In questo caso, può verificarsi uno scambio di sezioni di filamenti di DNA, a seguito del quale si formano nuove combinazioni di geni nei cromosomi. Questo processo è chiamato Crossing Door (inglese cmssingover - "croce") e può portare alla ricombinazione di sezioni grandi o piccole di cromosomi omologhi con diversi geni o parti di un gene nelle molecole di DNA (Fig. 24).

A causa dell'incrocio, i cromosomi con altre proprietà ereditarie rispetto ai cromosomi dei gameti parentali risultano essere nelle cellule germinali.

Il fenomeno del crossover è di fondamentale importanza biologica, poiché aumenta la diversità genetica nella prole.

La complessità dei processi che si verificano nella profase I (nei cromosomi, nel nucleo) determina la durata più lunga di questa fase della meiosi.

Nella metafase I i bivalenti si trovano nella parte equatoriale della cellula. Quindi, nell'anafase I, i cromosomi omologhi si separano ai poli opposti della cellula. La telofase / completa la prima divisione della meiosi, a seguito della quale si formano due cellule figlie, sebbene ciascun cromosoma in esse rimanga ancora raddoppiato (cioè è costituito da due cromatidi fratelli).

La telofase I è seguita dalla seconda interfase. Ci vuole un tempo molto breve, poiché in esso non avviene la sintesi del DNA.

Nella telofase II, attorno al nucleo, che ora contiene un singolo insieme (aploide) di cromosomi, la membrana nucleare si riforma e il contenuto cellulare si divide. Il processo di riduzione della formazione delle cellule germinali termina con la creazione di quattro cellule aploidi: i gameti.

Come risultato della meiosi, da una cellula compaiono quattro cellule con un set di cromosomi aploidi.

Il processo di formazione delle cellule germinali maschili (spermatozoi) è chiamato spermatogenesi (dal greco spermatos - "seme" e genesi - "emergenza", "origine"). Il processo di sviluppo delle cellule germinali femminili (uova) è chiamato oogenesi o oogenesi (dal greco oop - "uovo" e genesi - "emergenza", "origine"), 1. Perché le proprietà degli organismi figli che si sono sviluppati da un zigote non identico a quello del genitore?

2*. Qual è il significato biologico della meiosi?

La divisione cellulare, a seguito della quale nel nucleo ci sono la metà dei cromosomi, porta alla formazione di cellule germinali.

4. Completa la dichiarazione scegliendo il termine corretto:

Gli stessi cromosomi del padre e della madre si chiamano:

b) omologo; d) singolo.

§ 16 Sviluppo individuale degli organismi - ontogenesi Un organismo subisce trasformazioni significative durante il periodo della sua vita:

cresce e si sviluppa.

L'insieme delle trasformazioni che avvengono nel corpo dalla sua nascita alla morte naturale è chiamato sviluppo individuale o ontogenesi (dal greco ontos - "esistente" e genesi - "emergenza", "origine"). Negli organismi unicellulari, la vita rientra in un ciclo cellulare e tutte le trasformazioni avvengono tra due divisioni cellulari. Negli organismi multicellulari questo processo è molto più complicato.

Con la riproduzione asessuata, inclusa la riproduzione vegetativa, l'ontogenesi inizia dal momento della divisione delle cellule iniziali (cioè dando origine) dell'organismo materno. L'organismo nelle prime fasi di sviluppo è chiamato germe.

Gli organismi unicellulari, come tutte le cellule, nascono dalla divisione cellulare. In una cellula appena formata, non sempre si formano strutture intracellulari che forniscono le sue funzioni e processi vitali specifici. È necessario un certo tempo affinché tutti gli organelli si formino e tutti gli enzimi necessari vengano sintetizzati. Questo primo periodo di esistenza di una cellula (e di un organismo unicellulare) nel ciclo cellulare è chiamato maturazione. Segue un periodo di vita cellulare matura, che culmina con la sua divisione.

Nello sviluppo individuale di un organismo multicellulare si distinguono diverse fasi, spesso chiamate periodi di età. Esistono quattro periodi di età: germinale (embrionale), giovinezza, maturità e vecchiaia.

Negli animali si distinguono spesso solo due periodi: embrionale e postembrionale. Il periodo embrionale è lo sviluppo dell'embrione (embrione) prima della sua nascita. Post-embrionale è il periodo di sviluppo di un organismo dalla sua nascita o uscita dall'uovo o dalle membrane embrionali fino alla morte.

Il periodo embrionale dell'ontogenesi (sviluppo embrionale), che avviene nell'utero del corpo materno e termina con la nascita, si trova nella maggior parte dei mammiferi, compreso l'uomo. Negli organismi che depongono le uova e depongono le uova, lo sviluppo embrionale avviene al di fuori del corpo della madre e termina con l'uscita dalle membrane delle uova (nei pesci, anfibi, rettili, uccelli, così come in molti animali invertebrati - echinodermi, molluschi, vermi, ecc. ).

Nella stragrande maggioranza degli organismi animali, il processo di sviluppo embrionale avviene in modo simile. Ciò conferma la comunanza della loro origine.

Negli esseri umani, durante lo sviluppo embrionale, il cervello e il midollo spinale iniziano a separarsi per primi. Ciò avviene entro la terza settimana dal concepimento. In questa fase, la lunghezza dell'embrione umano è di soli 2 mm.

Fin dai primi giorni di sviluppo embrionale, l'embrione è molto sensibile agli effetti dannosi, soprattutto chimici (farmaci, veleni, alcol, droghe) e infettivi. Se, ad esempio, una donna si ammala di rosolia tra la 4a e la 12a settimana di gravidanza, ciò può causare un aborto spontaneo o interrompere la formazione del cuore, del cervello, degli organi della vista e dell'udito nel feto, cioè degli organi il cui sviluppo avviene in questo periodo.

Dopo la nascita o l'uscita dall'uovo, inizia lo sviluppo postembrionale dell'organismo. Per alcuni organismi, questo periodo di vita dura diversi giorni, per altri - diverse decine e centinaia di anni, a seconda della specie.

Il leone muore di vecchiaia all'età di circa 50 anni, il coccodrillo può vivere fino a 100 anni, la quercia - fino a 2000 anni, la sequoia - più di 3000 anni e l'avena - 4-6 mesi. Alcuni insetti vivono per diversi giorni.

Una persona muore di vecchiaia tra i 75 e i 100 anni, anche se alcune persone vivono oltre i 100 anni.

Lo sviluppo postembrionale è costituito da tre periodi di età:

gioventù, maturità e vecchiaia. Ciascuno di questi periodi è caratterizzato da alcune trasformazioni nella struttura e nei processi vitali dell'organismo, dovuti alla sua eredità e all'influenza delle condizioni esterne.

Nel processo di sviluppo postembrionale, l'organismo subisce cambiamenti quantitativi e qualitativi.

L'ontogenesi è lo sviluppo di un individuo (individuo) dovuto all'ereditarietà e all'influenza delle condizioni ambientali.

L’ontogenesi è sicuramente uno dei fenomeni biologici più sorprendenti.

Apparso sotto forma di un minuscolo embrione o germe, il corpo attraversa una serie di complesse fasi di sviluppo, durante le quali in esso si formano gradualmente tutti gli organi e i meccanismi che assicurano l'attività vitale. Raggiunta la pubertà, l'organismo realizza la funzione principale dei viventi: dà prole, che garantisce la durata e la continuità dell'esistenza della sua specie.

L'esistenza di qualsiasi organismo è un processo complesso e continuo di sviluppo embrionale e post-embrionale in determinate condizioni di vita e per periodi specifici di ciascuna specie.

1. Descrivere il periodo di sviluppo embrionale dell'organismo.

Sostituire le seguenti definizioni con i termini: un organismo nelle prime fasi di sviluppo; sviluppo individuale di un organismo pluricellulare.

3*. Spiega perché l'influenza di influenze esterne pericolose (radiazioni, fumo) è più distruttiva nella fase embrionale dell'ontogenesi che nella fase postembrionale.

La divisione cellulare indiretta (mitosi) durante il passaggio di una serie di fasi (profase, metafase, anafase, telofase) garantisce il trasferimento alle cellule figlie delle stesse informazioni ereditarie del genitore, contenute nei cromosomi del nucleo. L'interfase prepara la cellula alla divisione.

Il tipo più antico di riproduzione è la riproduzione asessuata. Garantisce la stabilità delle informazioni genetiche, la conservazione delle proprietà delle specie, un aumento più rapido del numero e il reinsediamento in nuovi territori.

La riproduzione sessuale è nata nel processo di evoluzione più tardi di quella asessuata.

Attraverso la meiosi, il crossover e la fecondazione, la riproduzione sessuale fornisce variabilità genetica che consente agli organismi di acquisire nuovi tratti e proprietà e quindi di adattarsi meglio alle mutevoli condizioni ambientali.

Nel processo di meiosi, si verificano la divisione ridotta delle cellule germinali e la formazione di un insieme di cromosomi aploidi (In) nel nucleo dei gameti. Quando le cellule vengono fecondate, i gameti maschili e femminili si fondono con un insieme di cromosomi aploidi e si forma uno zigote con un insieme di cromosomi diploidi (2p) nel nucleo.

Lo zigote dà origine allo sviluppo di un nuovo organismo. Il corso della vita di un organismo dalla nascita alla morte è chiamato sviluppo individuale (ontogenesi). Negli organismi multicellulari, l'ontogenesi consiste nei periodi embrionale e postembrionale.

Lo sviluppo individuale di tutti gli organismi viene effettuato in conformità con le proprietà ereditarie inerenti alla specie e in base alle condizioni ambientali.

Mettiti alla prova 1. Spiega il ruolo biologico dei gameti sessuali femminili e maschili.

2. Spiegare le principali differenze tra mitosi e meiosi.

3. Qual è la dipendenza dello sviluppo individuale dell'organismo dalle condizioni ambientali nei periodi embrionale e postembrionale?

4. Quali fasi si osservano nel ciclo cellulare degli organismi unicellulari? Spiegare l'importanza dell'interfase nella vita di una cellula.

1. Descrivere i concetti di "crescita dell'organismo" e "sviluppo dell'organismo".

Problemi da discutere 1. Descrivere il ruolo biologico dei diversi tipi di riproduzione se osservati in organismi della stessa specie. Dare esempi.

2. Ampliare il meccanismo per garantire la continuità della vita.

3. È corretto dire che lo sviluppo dell'organismo avviene nel periodo embrionale, e nel periodo postembrionale si verifica solo un aumento delle dimensioni del corpo, cioè la crescita dell'organismo? Sostieni le tue opinioni con esempi specifici.

Concetti fondamentali Riproduzione asessuata. Riproduzione sessuale. Gamete. Zigote. Cromosoma. Mitosi. Meiosi. Attraversando. Ciclo cellulare. cellula diploide.

cellula aploide. Ontogenesi.

Capitolo sulla variabilità Dopo aver studiato il capitolo, sarai in grado di:

spiegare i concetti base della genetica;

descrivere il meccanismo di determinazione del sesso e i tipi di eredità dei tratti;

caratterizzare il ruolo dell'ereditarietà e della variabilità degli organismi nella fauna selvatica.

§ 17 Dalla storia dello sviluppo della genetica La genetica (genesi greca - "origine") è il nome della scienza che studia l'ereditarietà e la variabilità degli organismi, nonché i meccanismi per il controllo di questi processi. Ha una lunga storia.

Anche nei tempi antichi, le persone sapevano che le piante, gli animali e persino gli esseri umani ereditano alcune caratteristiche dai loro genitori, poiché era impossibile non vedere le somiglianze tra prole e genitori. Inoltre, alcuni segni "generici" sono stati tramandati immutati di generazione in generazione. Sulla base di questa capacità di piante e animali di ereditare determinate qualità, hanno iniziato a selezionare i semi di piante per la semina dagli individui più produttivi, hanno cercato di mantenere animali giovani che hanno le proprietà di cui le persone hanno bisogno: dare più latte o lana, eseguire meglio il lavoro di tiro , eccetera.

Antichi manoscritti cinesi testimoniano, ad esempio, che 6.000 anni fa furono create diverse varietà di riso attraverso incroci e selezioni. Reperti archeologici confermano che gli egiziani coltivavano varietà produttive di grano. Tra i monumenti scritti babilonesi in Mesopotamia è stata rinvenuta una tavoletta di pietra risalente al VI millennio a.C. e., che ha registrato dati sull'eredità della forma della testa e della criniera in cinque generazioni di cavalli (Fig. 25).

Tuttavia, solo nel XIX e all'inizio del XX secolo, quando fu accumulata la conoscenza sulla vita della cellula, gli scienziati iniziarono a studiare il fenomeno dell'ereditarietà. Il primo lavoro scientifico sullo studio dell'ereditarietà è stato svolto dallo scienziato e monaco ceco G. Mendel. Nel 1865, nell'articolo "Esperimenti sugli ibridi vegetali", formulò i modelli di ereditarietà dei tratti che gettarono le basi per la scienza della genetica. Mendel ha dimostrato che i tratti ereditari (inclinazioni) non sono "fusi", come si pensava in precedenza, ma si trasmettono dai genitori ai discendenti sotto forma di unità discrete (separate, separate), che ha chiamato fattori. Queste unità, presentate in coppia negli individui, non si fondono insieme, ma rimangono distinte e si trasmettono ai discendenti nelle cellule germinali maschili e femminili, una unità per ciascuna coppia.

Nel 1909, le unità ereditarie furono nominate dallo scienziato danese V.

Geni Johansen (greco genos- "genere"). All'inizio del XX secolo. l'embriologo e genetista americano T. Morgan ha stabilito sperimentalmente che i geni si trovano sui cromosomi e lì sono disposti linearmente. Da allora, il concetto di gene è stato centrale nella genetica.

Ruolo di primo piano nello sviluppo della genetica nella prima metà del XX secolo. interpretato dai nostri scienziati nazionali.

COME. Serebrovsky, esplorando la genetica degli animali, ha mostrato la complessa struttura del gene, ha introdotto nella scienza il termine "pool genetico". La dottrina dell'ereditarietà e della variabilità fu arricchita dalle opere di N.I. Vavilov, che formulò nel 1920 la legge delle serie omogenee dell'ereditarietà e della variabilità, che assicurava una stretta connessione tra genetica e dottrina evoluzionistica. Yu.A. Filipchenko ha condotto numerosi esperimenti sull'analisi genetica delle piante, sviluppato metodi per studiare la variabilità e l'ereditarietà. Un contributo significativo allo sviluppo della genetica è stato dato anche da G.D.

Karpechenko, N.K. Koltsov, S.S. Chetverikov e altri ricercatori.

Negli anni '40. furono gettate le basi biochimiche della genetica. Gli scienziati hanno dimostrato il ruolo delle molecole di acido nucleico nella trasmissione delle informazioni ereditarie, che ha portato alla nascita della genetica molecolare. La decifrazione della struttura della molecola del DNA, pubblicata nel 1953, ha mostrato una stretta connessione di questo composto chimico con le informazioni ereditarie nei geni.

I progressi nel campo della genetica molecolare hanno portato alla creazione di una nuova branca della scienza biologica: l'ingegneria genetica, che consente, manipolando singoli geni, di ottenere in vitro nuove combinazioni di geni nel cromosoma che prima non c'erano. L'ingegneria genetica è diventata ampiamente utilizzata nella pratica dell'agricoltura e della biotecnologia.

Lo sviluppo della genetica basata su basi molecolari nella considerazione delle qualità ereditarie è diventato possibile grazie alla creazione di alte tecnologie nel campo della ricerca scientifica, apparse solo a metà del XX secolo.

La genetica è la base teorica della selezione (lat. selectio - "scelta", "selezione") di piante, animali e microrganismi, cioè la creazione di organismi con le proprietà di cui una persona ha bisogno. Sulla base di modelli genetici, gli allevatori creano varietà vegetali e razze di animali domestici migliorate. I metodi di ingegneria genetica producono nuovi ceppi (colture pure) di microrganismi (batteri, funghi) che sintetizzano sostanze per il trattamento delle malattie.

La ricerca degli scienziati genetici ha portato alla comprensione del fatto che oltre alle malattie infettive esistono molte diverse malattie ereditarie. La diagnosi precoce di queste malattie consente di intervenire tempestivamente nel decorso della malattia e di prevenirne o rallentarne lo sviluppo.

Il degrado ambientale e i cambiamenti ambientali negativi hanno causato molti disturbi nella sfera genetica degli organismi viventi, aumentando la probabilità di malattie ereditarie negli esseri umani.

Per risolvere molti dei problemi associati a questa tendenza allarmante e per garantire la sicurezza genetica umana, erano necessari una ricerca mirata e gli sforzi congiunti di ecologisti e genetisti. Così è nata una nuova importante direzione nella scienza: la genetica ecologica, che ha garantito lo sviluppo del servizio di sicurezza genetica. Quest'ultimo studia l'attività genetica dei fattori ambientali chimici e fisici che influenzano l'uomo e la natura nel suo insieme. Gli ecologisti hanno dimostrato che per lo sviluppo sostenibile della vita sulla Terra è necessario preservare la diversità biologica delle specie e degli ecosistemi naturali. Questo compito vitale per l'umanità ha portato allo sviluppo attivo di una direzione nella scienza biologica come la genetica delle popolazioni.

La conoscenza della genetica è richiesta in botanica, zoologia, microbiologia, ecologia, evoluzione, antropologia, fisiologia, etologia e altre aree della biologia. I dati della ricerca genetica vengono utilizzati in biochimica, medicina, biotecnologia, conservazione della natura e agricoltura. Si può dire che le scoperte e i metodi della genetica trovano applicazione in tutti gli ambiti dell'attività umana legati agli organismi viventi. Le leggi della genetica sono di grande importanza per spiegare tutti i processi della vita sulla Terra.

Il ruolo scientifico e pratico della genetica è determinato dall'importanza dell'oggetto del suo studio: ereditarietà e variabilità, cioè proprietà inerenti a tutti gli esseri viventi.

1. Cosa studia la scienza della genetica, quando e perché ha preso il nome?

2. Perché G. Mendel è considerato il "padre della genetica"?

3. Sostituisci le parole evidenziate con il termine.

I dati della scienza, che studia l’ereditarietà e la variabilità degli organismi, sono ormai ampiamente utilizzati in tutti i settori della biologia.

Le unità che assicurano il trasferimento delle proprietà ereditarie sono presenti in tutti gli organismi senza eccezioni.

4*. Descrivere il ruolo della conoscenza sugli acidi nucleici per lo sviluppo della genetica.

§ 18 Concetti di base della genetica La genetica studia due proprietà fondamentali degli organismi viventi: l'ereditarietà e la variabilità.

L'ereditarietà è la capacità degli organismi di trasmettere le loro caratteristiche e caratteristiche di sviluppo alla prole. Grazie a questa capacità tutti gli esseri viventi (piante, animali, funghi o batteri) conservano nei loro discendenti i tratti caratteristici della specie. Tale continuità delle proprietà ereditarie è assicurata dal trasferimento delle loro informazioni genetiche. I geni sono i portatori di informazioni ereditarie negli organismi.

Un gene è un'unità di informazione ereditaria che si manifesta come segno di un organismo.

Nell'argomento "Biosintesi delle proteine ​​in una cellula vivente" (§ 10), è stato notato che un gene funge da base per la costruzione di molecole proteiche, ma in genetica un gene agisce come portatore di un tratto in un organismo. Questa “dualità” di un gene diventa comprensibile se ricordiamo che la funzione più importante di una proteina in una cellula è enzimatica, cioè gestire le reazioni chimiche, a seguito delle quali si formano tutti i segni di un organismo. Questo "doppio" ruolo del gene può essere espresso dallo schema: gene - proteina - enzima - reazione chimica - segno dell'organismo.

Un gene è una sezione di una molecola di DNA (e in alcuni virus, di RNA) con un determinato insieme di nucleotidi. La sequenza di nucleotidi contiene informazioni genetiche sullo sviluppo delle caratteristiche di un organismo. Negli organismi superiori, i geni si trovano nel DNA dei cromosomi (questi sono i cosiddetti geni nucleari) e nel DNA contenuto negli organelli del citoplasma - mitocondri e cloroplasti (questi sono geni citoplasmatici).

In tutti gli organismi della stessa specie, ciascun gene si trova in un determinato luogo rispetto agli altri geni. La posizione di un gene su un tratto di DNA è chiamata locus. In diversi individui della stessa specie, ciascun gene ha diverse forme: alleli. Gli alleli contengono informazioni sull'una o sull'altra variante dello sviluppo di un tratto controllato da questo gene (ad esempio, il colore degli occhi). Le cellule di un organismo diploide contengono solitamente due alleli di ciascun gene, uno ricevuto dalla madre, l'altro dal padre. Qualsiasi cambiamento nella struttura di un gene porta alla comparsa di nuovi alleli di questo gene e ad un cambiamento nel tratto da esso controllato.

Gli organismi che portano alleli diversi (alternativi) dello stesso gene sugli stessi cromosomi (omologhi) sono chiamati eterozigoti, mentre gli organismi con gli stessi alleli su cromosomi omologhi sono chiamati omozigoti.

L'eterozigosità di solito garantisce una maggiore vitalità degli organismi, la loro buona adattabilità alle mutevoli condizioni ambientali e quindi è ampiamente rappresentata nelle popolazioni naturali di varie specie.

Un gene è una sezione di una molecola di DNA che determina la possibilità di sviluppare un particolare tratto. Tuttavia, lo sviluppo stesso di questa funzione dipende in gran parte dalle condizioni esterne.

L’insieme di tutti i geni (alleli) di un individuo è chiamato genotipo.

Il genotipo agisce come un unico sistema interagente di tutti gli elementi genetici che controllano la manifestazione di tutti i segni dell'organismo (sviluppo, struttura, attività vitale).

L’insieme di tutte le caratteristiche di un organismo è chiamato fenotipo. Il fenotipo si forma nel processo di interazione tra il genotipo e l'ambiente esterno. Non tutte le possibilità genotipiche di un organismo si realizzano nel fenotipo. Pertanto, il fenotipo è anche chiamato un caso speciale di manifestazione del genotipo in condizioni specifiche. Non esiste praticamente alcuna coincidenza completa del genotipo con il fenotipo. Non sempre un cambiamento nel genotipo è accompagnato da un cambiamento nel fenotipo e viceversa.

All'interno della stessa specie, tutti gli individui sono abbastanza simili tra loro. Ma in condizioni diverse, gli individui, anche con lo stesso genotipo, possono differire tra loro nella natura e nella forza della manifestazione delle loro caratteristiche (cioè nel fenotipo). A questo proposito, in genetica, viene utilizzato il concetto di norma di reazione, che denota la gamma (limiti) delle manifestazioni fenotipiche di un tratto in un individuo sotto l'influenza dell'ambiente esterno senza modificare il genotipo.

Il genotipo determina i limiti (intervallo) della norma della reazione dell'organismo, cioè le sue capacità genetiche, e il fenotipo implementa queste capacità nei segni.

Ogni organismo vive e si sviluppa in determinate condizioni ambientali, sperimentando l'azione di fattori esterni. Questi fattori (temperatura, luce, presenza di altri organismi, ecc.) possono manifestarsi nel fenotipo, cioè possono cambiare le dimensioni o le proprietà fisiologiche dell'organismo.

Pertanto, la manifestazione dei segni anche in organismi strettamente correlati può essere diversa. Queste differenze tra gli individui all’interno di una specie sono chiamate variabilità.

La variabilità è una proprietà degli organismi viventi di esistere in varie forme, fornendo loro la capacità di sopravvivere in condizioni ambientali mutevoli.

La variazione può essere causata dall'influenza di fattori ambientali che non influenzano i cambiamenti nel genotipo. La variabilità associata ai cambiamenti nel genotipo è accompagnata dalla comparsa di nuovi tratti e qualità ereditate dall'organismo. Ciò è particolarmente spesso osservato negli individui che sono apparsi a seguito dell'incrocio.

La variazione è una proprietà degli organismi, opposta all'ereditarietà.

Ma sia l’ereditarietà che la variabilità sono indissolubilmente legate. Garantiscono la continuità delle proprietà ereditarie e la capacità di adattarsi alle mutevoli nuove condizioni ambientali, provocando il progressivo sviluppo della vita.

Ereditarietà e variabilità sono inerenti a tutti gli organismi. La genetica, studiando i modelli di ereditarietà e variabilità, rivela metodi per gestire questi processi.

1. Cos'è un allele? Quali geni sono detti allelici?

2. Confrontare il ruolo dell'ereditarietà e della variabilità nella vita degli organismi.

3*. Eliminare le parole nelle frasi che distorcono la correttezza delle affermazioni.

Un gene come fattore ereditario e un'unità discreta di informazione genetica è localizzato nei cromosomi degli organelli.

Un genotipo è un singolo sistema di tutti i cromosomi e gli elementi genetici di una determinata cellula o organismo.

I limiti della norma di reazione sono determinati dal genotipo e dal fenotipo.

Un fenotipo è una raccolta di tratti e geni di un organismo.

§19 Gli esperimenti genetici di Mendel L'uomo ha sempre cercato di scoprire le modalità di trasmissione dei tratti.

Sulla base di molti anni di pratica, gli allevatori di talento hanno ottenuto esattamente le proprietà che volevano vedere in una nuova varietà vegetale (ad esempio meli, rose) o razze animali (colore del cavallo, forma del corpo del cane, colomba, lunghezza della coda del gallo, ecc.) .). Tuttavia, per molto tempo nessuno è stato in grado di spiegare come l'informazione genetica venga trasmessa dai genitori alla prole. Solo a metà del XIX secolo. nella città ceca di Brno, il monaco G. Mendel, grazie ad esperimenti genetici, ha risposto a questa domanda.

Mendel concepì bene le condizioni per condurre esperimenti genetici e scelse un oggetto di studio di grande successo: i piselli.

ricercatore con una combinazione di proprietà. In questo caso si verificherà l'incrocio: l'unione come risultato del processo sessuale del materiale genetico di due cellule in una cellula. Un organismo con nuove proprietà ereditarie che si è sviluppato da una tale cellula è chiamato ibrido (latino hibrida - "miscela"). Incrociando in questo modo piante di due varietà con tratti contrastanti (Fig. 26), Mendel ha effettuato un resoconto accurato dell'eredità di questi tratti in un certo numero di generazioni.

Come risultato di molti anni di esperimenti preliminari, selezionò linee pure da molte varietà di piselli, che differivano per una serie di caratteristiche contrastanti.

Mendel scelse sette di questi tratti che hanno manifestazioni contrastanti nella prole: 1) colore del fiore (viola e bianco); 2) colore del seme (giallo e verde); 3) colorazione dei chicchi (verde e giallo); 4) superficie del seme (liscia e rugosa); 5) la forma dei chicchi (semplici e segmentati); 6) lunghezza dello stelo (lungo e corto); 7) la posizione dei fiori sullo stelo (ascellare e apicale).

Inizialmente studiò l'ereditarietà di una coppia di varianti contrastanti di un solo tratto.

Attraversamento, in cui i genitori differiscono in un tratto, Mendel chiamò monoibrido. Dopo aver studiato la manifestazione di un tratto distinto, le cui differenze vengono ereditate alternativamente, è passato allo studio della trasmissione di due tratti (incrocio diibrido), e poi di tre tratti (incrocio triibrido). Verificando le sue conclusioni attraverso numerosi esperimenti e contabilità quantitativa di tutti i tipi di ibridi ottenuti, e quindi analizzando attentamente i risultati, il ricercatore ha identificato modelli di ereditarietà dei tratti.

La prima legge di Mendel. Innanzitutto, sono stati condotti esperimenti sull'incrocio di piselli con fiori viola e bianchi. Mendel impollinava i fiori viola con il polline dei fiori bianchi e viceversa. Con un tale incrocio di due varietà geneticamente diverse, è stata ottenuta una progenie mista: ibridi di prima generazione.

Mendel scoprì che incrociando varietà di piselli con fiori viola e bianchi, tutte le piante della prima generazione risultarono essere le stesse (uniformi) - con fiori viola (Fig. 27).

Mendel ipotizzò ingegnosamente che ogni tratto ereditario fosse trasmesso da un proprio fattore (in seguito chiamato gene). Nelle linee pure di piselli, ogni genitore ha una caratteristica: il fiore è bianco o viola. Gli ibridi contengono contemporaneamente i segni di entrambi i genitori, ma solo uno di essi, il più “forte”, appare esteriormente. Chiamò un segno così "forte" dominante (lat. dominantis - "dominante") e "debole" - recessivo (lat. recessus - "rimozione"). Nel caso dei fiori di pisello viola e bianchi, il colore viola dei fiori si è rivelato il tratto dominante, mentre il colore bianco era il tratto recessivo.

Per designare i segni, Mendel introdusse il simbolismo letterale, utilizzato ancora oggi. Ha designato i geni dominanti in lettere maiuscole e i geni recessivi nelle stesse lettere minuscole dell'alfabeto latino. Quindi, ha designato il colore viola del fiore del pisello (tratto dominante) A e il colore bianco del fiore (tratto recessivo) - a. Ha designato i genitori P, l'incrocio - il segno "x" e gli ibridi della prima generazione - F,.

Considera il genotipo dei genitori in questo esperimento. Le varietà pure sono caratterizzate dall'omogeneità di geni accoppiati (allelici), cioè gli individui parentali (P) contenevano inclinazioni (geni allelici) di un solo tipo: recessivo (aa) o dominante (AA). Tali individui sono chiamati omozigoti (dal greco homos - "stesso" e "zigote"), e gli individui con diverse inclinazioni ereditarie (Aa) sono chiamati eterozigoti (dal greco heteros - "diverso" e "zigote").

Nelle piante con fiori bianchi entrambi i geni allelici sono recessivi, cioè sono omozigoti per il carattere recessivo (aa). Con l'autoimpollinazione, tale prole in tutte le generazioni successive avrà esclusivamente fiori bianchi. Le piante parentali con fiori viola portano gli stessi geni allelici: sono omozigoti per il tratto dominante (AA) e i loro discendenti saranno sempre viola. Quando si incrociano gli ibridi della prima generazione, ciascun allele riceve un gene da entrambi i genitori. Ma in tali ibridi appare solo il tratto dominante (fiori viola) e il tratto recessivo (fiori bianchi) è mascherato. Pertanto, tutti gli ibridi di prima generazione hanno lo stesso aspetto: viola.

La stessa regolarità è stata osservata anche negli esperimenti su altri tratti: in tutti gli ibridi della prima generazione appare solo un tratto dominante, e il secondo, recessivo, sembra scomparire. Mendel chiamò il modello rivelato la regola della dominanza, che ora è chiamata legge di uniformità degli ibridi di prima generazione o prima legge di Mendel.

La prima legge di Mendel afferma: quando si incrociano genitori di linee pure che differiscono per un tratto contrastante, tutti gli ibridi della prima generazione saranno uniformi e mostreranno il tratto di uno solo dei genitori.

Il gene dominante nello stato eterozigote non sempre maschera completamente il gene recessivo.

Ci sono casi in cui l'ibrido F (è di natura intermedia - con dominanza incompleta.

Ad esempio, quando si incrocia una bellezza notturna con fiori rossi (AA) e bianchi (aa) negli ibridi (F j), il colore dei fiori (Aa) era intermedio: rosa (dominanza incompleta). Questo tipo intermedio di ereditarietà dei tratti è spesso osservato negli animali (Fig. 28).

Seconda legge di Mendel. Dopo aver ricevuto i semi ibridi della prima generazione di piselli, Mendel li seminò di nuovo, ma ora non li riimpollinava. Come risultato dell'autoimpollinazione, le piante hanno prodotto semi di seconda generazione (F2). Tra questi c'erano piante con fiori viola (ce n'erano la maggior parte) e con fiori bianchi (circa un quarto delle piante).

Mendel scoprì che durante l'autoimpollinazione degli ibridi della prima generazione, i tratti dominanti e recessivi compaiono nella prole in varie combinazioni. Ciò è espresso nel genotipo come segue: uno omozigote per un carattere dominante (AA), due eterozigoti (Aa) e uno omozigote per un carattere recessivo (a a). Esternamente, cioè nel fenotipo, questo si manifesta così: tre individui con fiori viola e uno con fiori bianchi. Il fenomeno in cui, a seguito dell'incrocio di individui eterozigoti, la distribuzione dei tratti dominanti e recessivi nella prole avviene in un rapporto di 3: 1, è stato chiamato scissione da Mendel. Oggi questo fenomeno è chiamato legge di scissione o seconda legge di Mendel.

La seconda legge di Mendel afferma: quando due ibridi della prima generazione vengono incrociati tra loro, tra i loro discendenti - ibridi della seconda generazione - si osserva la scissione: il numero di individui con un tratto dominante è correlato al numero di individui con un tratto recessivo come 3: 1.

Secondo questa legge, gli ibridi della prima generazione danno la scissione: gli individui con tratti recessivi ricompaiono nella loro prole, costituendo circa un quarto del numero totale della prole.

La legge della scissione è comune a tutti gli organismi viventi.

Mendel spiegò la divisione dei tratti nella prole quando gli individui eterozigoti furono incrociati con il fatto che nelle loro cellule germinali (gameti) c'è solo un deposito (gene) di una coppia allelica, che si comporta come indipendente e intero.

Mendel chiamò questo fenomeno la purezza dei gameti, sebbene non sapesse perché ciò accadesse. E questo è comprensibile: ai suoi tempi non si sapeva nulla né della mitosi né della meiosi. È stato ora stabilito che a causa della meiosi, nei gameti si forma un set aploide (singolo) di cromosomi spaiati e in essi si trovano geni dominanti o recessivi.

1. Spiegare l'essenza della prima legge di Mendel.

2. Formulare la seconda legge di Mendel.

3*. Qual è la differenza tra F; da F2 in un incrocio monoibrido?

4*. Perché gli alleli sono sempre accoppiati?

§ 20 Attraversamento diibrido. La terza legge di Mendel Dopo aver stabilito la legge della scissione usando l'esempio degli incroci monoibridi, Mendel iniziò a scoprire come si comportano le coppie di tratti alternativi di un gene. Dopotutto, gli organismi differiscono l'uno dall'altro non in uno, ma in molti modi.

Per stabilire il meccanismo di ereditarietà di due coppie di tratti alternativi, ha condotto una serie di esperimenti sull'incrocio diibrido. Per gli esperimenti, come pianta madre sono stati presi piselli con semi gialli lisci e come pianta padre semi verdi rugosi. Nella prima pianta entrambi i caratteri erano dominanti (AB), mentre nella seconda entrambi i caratteri erano recessivi (ab).

Come risultato dell'incrocio, secondo la legge della dominanza dei tratti, negli ibridi di prima generazione (F j), tutti i semi si sono rivelati lisci e gialli. L'anno successivo, da questi semi crebbero piante, nei cui fiori avvenne l'autoimpollinazione. Nelle piante ottenute in questo modo (seconda generazione - F 2), si verificò una divisione dei caratteri e, insieme a quelli parentali (semi gialli lisci e verdi rugosi), ne apparvero di completamente nuovi: semi gialli rugosi e verdi lisci.

Si è scoperto che gli eterozigoti per due coppie di geni allelici formano quattro tipi di gameti in quantità uguali (AB, Ab, aB, ab). In due di essi, i geni sono nella stessa combinazione dei genitori, e negli altri due - in nuove combinazioni o ricombinazioni. Il rapporto tra le forme genotipiche degli ibridi F2 (Fig. 29) può essere stabilito utilizzando il reticolo Punnett, dal nome di uno dei più importanti genetisti inglesi dell'inizio del XX secolo, che propose questo metodo. Nella griglia sono scritti orizzontalmente e verticalmente i geni allelici dei gameti dei genitori e, combinandoli, si ottengono nelle finestre i genotipi dei discendenti.

L'identificazione di questi modelli è possibile solo con una quantità molto grande di materiale sperimentale, quindi Mendel, studiando la suddivisione dei semi in base alla forma dei semi, ha studiato 7324 piselli, in base al colore - piselli, e in base al colore base del colore - 556.

Nell'incrocio diibrido in esame, i semi ibridi (556 pezzi) della seconda generazione (F2) si dividono nel seguente rapporto: 315 gialli lisci, 108 verdi lisci, 101 gialli rugosi e 32 verdi rugosi. Questa distribuzione dei piselli ha mostrato che 3/4 di essi sono gialli e 1/4 sono verdi. Dei semi gialli, 3/4 erano lisci e 1/4 rugosi. Nei verdi è stato osservato lo stesso rapporto: 3/4 lisci e 1/4 rugosi. In tutti i casi, i risultati hanno mostrato un rapporto di 3:1.

Esperimenti sull'incrocio diibrido hanno mostrato che la scissione di una coppia di tratti (giallo e verde) non è affatto correlata alla scissione dell'altra coppia (forma liscia e rugosa). Ciò significa che due paia di tratti vengono ridistribuiti indipendentemente l'uno dall'altro durante la trasmissione di generazione in generazione. Allo stesso tempo, i semi degli ibridi F2 erano caratterizzati non solo da combinazioni parentali di tratti, ma anche da ricombinazioni (nuove combinazioni).

Analizzando i risultati dell'incrocio diibrido, Mendel concluse:

la scissione in entrambe le coppie di caratteristiche contrastanti (alternative) avviene indipendentemente l'una dall'altra. Questo fenomeno riflette l'essenza della terza legge di Mendel: la legge dell'ereditarietà indipendente (combinazione) dei tratti.

La terza legge di Mendel afferma che ciascuna coppia di tratti contrastanti (alternativi) viene ereditata indipendentemente l'una dall'altra in un certo numero di generazioni; di conseguenza, tra gli ibridi della seconda generazione, i discendenti con nuove combinazioni di caratteri compaiono nel rapporto di 9:3:3:1.

La legge dell'ereditarietà indipendente dei tratti conferma ancora una volta la discrezione di qualsiasi gene. Questa proprietà dei geni di essere portatori di un tratto ereditario si manifesta sia nella combinazione indipendente di alleli di geni diversi, sia nella loro azione indipendente - nell'espressione fenotipica. La distribuzione indipendente dei geni può essere spiegata dal comportamento dei cromosomi durante la meiosi. Durante la meiosi, le coppie di cromosomi omologhi, e con essi i geni accoppiati, vengono ridistribuiti e divergono in gameti indipendentemente l'uno dall'altro.

Per verificare la correttezza delle sue conclusioni, Mendel condusse esperimenti in cui verificò se gli alleli recessivi del gene non fossero realmente scomparsi, ma fossero solo mascherati dagli alleli dominanti del gene. Mendel condusse uno studio di verifica in tutti i casi di incroci sia monoibridi che diibridi.

Supponiamo che gli individui con genotipi AA e Aa abbiano lo stesso fenotipo.

Quindi, incrociando con un individuo che è recessivo per questo carattere e ha il genotipo aa, si ottengono i seguenti risultati:

Nel primo caso, gli individui omozigoti per il gene dominante (AA) non danno la scissione F1, e nell'altro caso gli individui eterozigoti (Aa) se incrociati con un individuo omozigote danno la scissione già in F1.

Risultati simili sono stati ottenuti analizzando (testando) l'incrocio e per due coppie di alleli:

L'incrocio di un individuo di genotipo indeterminato con un individuo omozigote per alleli recessivi è chiamato incrocio analizzante (Fig. 30). Tale incrocio viene effettuato per determinare il genotipo di un individuo. L'analisi non è solo di interesse teorico, ma anche di grande importanza nel lavoro di allevamento.

la prima generazione di incroci diibridi (F j). Scrivili usando il reticolo di Punnett.

4*. Perché gli individui omozigoti per gli alleli dominanti non vengono utilizzati nell'analisi degli incroci per identificare il genotipo?

Lavoro di laboratorio n. 3 (vedi Appendice c. § 21 Eredità collegata di geni e incrocio All'inizio del XX secolo, quando i genetisti iniziarono a condurre numerosi esperimenti sull'incrocio su un'ampia varietà di oggetti (mais, pomodori, topi, frutta mosche, polli, ecc.), si è scoperto che i modelli stabiliti da Mendel non sempre si manifestano. Ad esempio, la dominanza non è osservata in tutte le coppie di alleli. Invece, si formano genotipi intermedi a cui partecipano entrambi gli alleli. Molte coppie di geni si trovano anche che non obbediscono alla legge dell'ereditarietà indipendente dei geni, soprattutto se una coppia di geni allelici si trova sullo stesso cromosoma, cioè i geni sono, per così dire, collegati tra loro.

Tali geni sono chiamati collegati.

Il meccanismo di ereditarietà dei geni collegati, così come la posizione di alcuni geni collegati, è stato stabilito dal genetista ed embriologo americano T. Morgan. Egli dimostrò che la legge dell'ereditarietà indipendente formulata da Mendel è valida solo nei casi in cui geni portatori di tratti indipendenti sono localizzati su cromosomi diversi non omologhi. Se i geni si trovano sullo stesso cromosoma, l'ereditarietà dei tratti avviene congiuntamente, cioè

collegato. Questo fenomeno venne chiamato eredità concatenata, così come legge del collegamento o legge di Morgan.

La legge del linkage afferma che i geni collegati situati sullo stesso cromosoma vengono ereditati insieme (collegati).

Esistono molti esempi noti di eredità concatenata di geni. Nel mais, ad esempio, il colore dei semi e la natura della loro superficie (liscia o rugosa), legati tra loro, vengono ereditati insieme. Nel pisello odoroso (Lathyrus odoratus), il colore del fiore e la forma del polline vengono ereditati in modo collegato.

Tutti i geni di un cromosoma formano un unico complesso: un gruppo di collegamento.

Di solito cadono in una cellula sessuale: il gamete e vengono ereditati insieme.

Pertanto, i geni inclusi nel gruppo di collegamento non obbediscono alla terza legge di Mendel sull'ereditarietà indipendente. Tuttavia, il collegamento completo dei geni è raro. Se i geni si trovano vicini l'uno all'altro, la probabilità di incrocio cromosomico è piccola e possono rimanere sullo stesso cromosoma per lungo tempo e quindi verranno ereditati insieme. Se la distanza tra due geni su un cromosoma è grande, allora c'è un'alta probabilità che possano disperdersi lungo diversi cromosomi omologhi. In questo caso, i geni obbediscono alla legge dell'ereditarietà indipendente.

Pertanto, la terza legge di Mendel riflette un fenomeno frequente, ma non assoluto, nell'ereditarietà dei tratti.

La prova principale della trasmissione dell'ereditarietà è stata ottenuta negli esperimenti di Morgan e dei suoi collaboratori.

Nei suoi esperimenti, Morgan preferiva la mosca della frutta Drosophila (Drosophila melanogaster). E finora è l'oggetto preferito di ricerca di genetisti. La Drosophila può essere allevata molto facilmente e rapidamente in laboratorio e, soprattutto, è molto conveniente per l'analisi ibrida a causa dei numerosi tratti elementari che possono essere facilmente presi in considerazione. Allo stato attuale, il suo genotipo è stato decifrato, sono state create mappe dettagliate dei gruppi di collegamento genetico nei cromosomi (la Drosophila ha solo 4 paia di cromosomi). Molte disposizioni della teoria cromosomica dell'ereditarietà e delle proprietà del gene sono state determinate da T. Morgan sulla base di esperimenti con la Drosophila. T. Morgan è considerato il creatore della teoria cromosomica dell'ereditarietà.

Attraversando. Morgan, studiando l'ereditarietà dei tratti legati al sesso, scoprì la disposizione lineare dei geni su un cromosoma, formulò la dottrina del gene come portatore elementare di informazioni ereditarie e sviluppò un metodo per costruire mappe genetiche dei cromosomi. Stabilì anche il ruolo genetico della meiosi e scoprì il fenomeno del crossover. Il crossover è stato scoperto per la prima volta nello studio dell'eredità concatenata di tratti causati da geni situati sullo stesso cromosoma. Durante gli esperimenti è apparso un piccolo numero di individui con tratti ricombinati.

In questo caso, uno dei geni precedentemente collegati si è rivelato essere in un cromosoma e il secondo in un altro, omologo, poiché i cromosomi si sono sovrapposti e hanno scambiato le loro sezioni. Questo fenomeno è stato chiamato crossover (vedi Fig. 24).

Ricordiamo che il crossover avviene alla fine della profase I della meiosi. Nel processo di meiosi, i cromosomi omologhi, prima di disperdersi in nuclei diversi, si allineano l'uno contro l'altro, si coniugano (si collegano), si intersecano, si scambiano siti. Quanto più distanti sono i geni sul cromosoma, tanto maggiore è la probabilità che si "separano" durante l'incrocio. Quanto più vicini sono i loro posti sul cromosoma, tanto più forti sono legati. Come risultato della rottura e della connessione in un nuovo ordine di filamenti di DNA nei cromosomi omologhi, le loro sezioni vengono scambiate reciprocamente. I geni precedentemente collegati possono essere separati e viceversa. Di conseguenza, vengono create nuove combinazioni di alleli di geni diversi, i geni allelici vengono riorganizzati e compaiono nuovi genotipi.

Il crossover può verificarsi su qualsiasi cromosoma. I geni che fanno parte dei gruppi di collegamento nei cromosomi degli individui genitori, a seguito dell'incrocio, si separano, formano nuove combinazioni e in una forma così nuova entrano nei gameti.

La progenie di tali gameti possiede una nuova combinazione di geni allelici, che è la fonte della variabilità genetica osservata nelle popolazioni.

Il crossover è un'importante fonte dell'emergere di nuove combinazioni di geni nei genotipi degli individui e dell'emergere della variabilità dei tratti.

Il crossover gioca un ruolo importante nell'evoluzione, poiché contribuisce all'emergere della variabilità ereditaria. Ricombinando i geni, crea la possibilità di selezionare singoli geni, piuttosto che le loro combinazioni. Ad esempio, sul cromosoma possono essere presenti contemporaneamente geni benefici e dannosi per l'organismo. Grazie al crossover, nuovi riarrangiamenti di geni, poi sottoposti a selezione, possono portare alla scomparsa di geni dannosi e alla conservazione di quelli benefici, il che fornirà un vantaggio per l'esistenza di un individuo con tale genotipo nell'ambiente. Nuovi genotipi sorti a seguito dell'incrocio, in combinazione con l'azione della selezione naturale, possono dare una nuova direzione nella manifestazione delle proprietà degli organismi viventi, fornendo loro una maggiore adattabilità alle condizioni ambientali.

1. Formulare la legge di Morgan.

2*. In che modo il crossover interrompe il collegamento genetico?

3*. Rimuovi la parola in più che distorce la correttezza dell'affermazione e completa l'affermazione con la parola giusta.

Legati sono i geni che si trovano nello stesso genotipo.

4. Sostituisci le parole evidenziate con il termine.

La fonte dell'emergere di nuove combinazioni nei genotipi degli individui garantisce l'emergere della variabilità ereditaria.

§ 22 Interazione dei geni e loro azione multipla Un gene è un'unità strutturale di informazione ereditaria. Materialmente un gene è rappresentato da un tratto di una molecola di DNA (in rari casi RNA). I geni controllano i tratti elementari nel processo di sviluppo individuale di un organismo. I primi studi sulla natura del gene, condotti all'inizio del XX secolo, miravano principalmente a chiarire il ruolo del gene nella trasmissione dei caratteri ereditari. Un compito altrettanto importante era quello di decifrare i modelli di azione dei geni. La sua soluzione non ha solo un significato teorico ma anche pratico, poiché eviterà le possibili conseguenze dannose di questa azione.

Gli studi genetici hanno stabilito la natura discreta dei geni, confermata dalla loro ereditarietà indipendente: ciascuno dei geni determina lo sviluppo di alcuni tratti indipendentemente dagli altri. Tuttavia, esistono diversi tipi di interazione tra geni diversi, a causa di relazioni complesse tra geni allelici e non allelici.

Combinandosi nel genotipo, agiscono tutti insieme come un sistema di geni individuali interagenti.

Tra le interazioni dei geni, si dovrebbero nominare innanzitutto le relazioni di dominanza e recessività, quando l'allele recessivo del gene sotto l'influenza dell'allele dominante non appare nel fenotipo. Inoltre, ci sono fatti che dimostrano che i geni influenzano la manifestazione delle azioni di altri geni non allelici. Vengono anche descritti casi in cui lo sviluppo dell'uno o dell'altro tratto di un organismo è controllato non da uno, ma da molti geni. Ad esempio, negli esseri umani, almeno quattro geni determinano la differenza nel colore della pelle tra i rappresentanti delle razze negroide e caucasica.

Tra gli uomini, occasionalmente (1:20.000-1:40.000) si trovano gli albini (lat. a / bus - “bianco”): hanno i capelli bianchi, la pelle chiarissima, l'iride rosa o azzurra. Queste persone sono omozigoti per il gene recessivo a, il cui allele dominante è responsabile della produzione del pigmento melanina nel corpo. Con l'aiuto della melanina, la pelle, i capelli e gli occhi di una persona acquisiscono colore. Pertanto, l'allele dominante A di questo gene è spesso chiamato gene della pigmentazione normale. Ma si scopre che negli esseri umani la sintesi e la distribuzione della melanina dipendono da una serie di altri geni situati in altri loci.

In alcune persone, il gene F dominante provoca un accumulo irregolare di melanina, causando le lentiggini, mentre un altro gene P dominante causa disturbi della pigmentazione, lasciando ampie aree della pelle chiare e non pigmentate. Un certo numero di geni situati in altri loci influenzano la quantità di melanina nel corpo umano, fornendo diverse tonalità di colore della pelle, dei capelli e degli occhi.

Esistono molti esempi che dimostrano che il grado di sviluppo di uno stesso tratto è dovuto all'influenza di un numero di geni che si manifestano in modo simile. Diversi geni non allelici, per così dire, duplicano le reciproche azioni nella manifestazione di questo tratto. Queste interazioni di geni sono chiamate polimeri (dal greco polysyllabicità) e i geni stessi sono chiamati polimerici.

Secondo il tipo di polimero, il colore della pelle umana, l'altezza della pianta, la quantità di proteine ​​nell'endosperma dei semi, il contenuto di vitamine nei frutti, il contenuto di zucchero nelle radici di barbabietola da zucchero, la velocità delle reazioni biochimiche nelle cellule, il tasso di crescita e il peso degli animali, la produzione di uova delle galline, la mungitura delle mucche e altri segni importanti e utili del corpo.

I tratti fenotipici di un organismo sono solitamente determinati dall'interazione di molti geni allelici e non allelici che agiscono nella stessa direzione. Tuttavia, non è raro che lo stesso gene causi diversi tratti. Questo fenomeno è chiamato azione genetica multipla.

In una pianta orticola, il gene ibrido responsabile del colore rosso del fiore determina contemporaneamente la tonalità viola delle foglie, l'allungamento dello stelo e il grande peso dei semi. In tutte le piante da fiore, i geni che forniscono la colorazione rossa (antociani) dei fiori controllano contemporaneamente il colore rosso dello stelo nel germoglio. Nel moscerino della frutta Drosophila, il gene che determina l'assenza di pigmento negli occhi influenza il colore di alcuni organi interni, provoca una diminuzione della fertilità e riduce l'aspettativa di vita di un individuo. Nel Pakistan occidentale sono stati trovati portatori dello stesso gene, che determinano l'assenza sia di ghiandole sudoripare in alcune parti del corpo che di alcuni denti.

Il polimerismo, così come l'azione multipla di un gene e dei suoi alleli, indicano che la relazione tra i geni e la manifestazione dei tratti è piuttosto complessa. Dipendono dalla combinazione di geni allelici e non allelici, dalla loro posizione nei cromosomi, dal loro comportamento nelle mutazioni e da molti altri fattori. Pertanto l'espressione “un gene determina la manifestazione di un tratto”

abbastanza condizionale.

La manifestazione di una caratteristica e l'azione stessa di un gene dipendono sempre da altri geni, dall'intero genotipo, cioè dall'ambiente genotipico.

Il concetto di ambiente genotipico è stato introdotto nella scienza dallo scienziato domestico S.S.

Chetverikov nel 1926 per designare un complesso di geni che influenzano l'incarnazione nel fenotipo di un particolare gene o gruppo di geni. L'ambiente genotipico è l'intero genotipo contro il quale agiscono i geni. Inoltre, ciascun gene sarà realizzato diversamente a seconda dell'ambiente genotipico in cui si trova.

Considerando l'azione di un gene, dei suoi alleli, è necessario tenere conto non solo dell'ambiente genotipico che influenza l'interazione dei geni, ma anche dell'impatto dell'ambiente in cui si sviluppa l'organismo.

Il grado di manifestazione del tratto, cioè le sue caratteristiche quantitative, dipende dall'ambiente esterno. Ad esempio, la Drosophila, omozigote per l'allele recessivo, ha nel fenotipo ali piccole (rudimentali). Più contrastante (più pronunciato) questa caratteristica si manifesta se questa mosca si sviluppa a bassa temperatura. Questo esempio mostra che la manifestazione di un tratto (fenotipo) è il risultato dell'interazione dei geni nelle condizioni specifiche dell'esistenza di un organismo.

Tutti i segni di un organismo (fenotipo) si sviluppano nel processo di interazione tra il genotipo e l'ambiente.

Solo con l'influenza simultanea dell'ereditarietà (genotipo) e dell'ambiente compaiono i segni dell'organismo (fenotipo). La capacità del genotipo di realizzarsi in modo speciale (in modi diversi) in varie condizioni ambientali e di rispondere alle mutevoli condizioni offre all'organismo l'opportunità di esistere nell'ambiente, la sua vitalità e sviluppo.

1. In cosa differisce l'interazione dei geni dalla loro azione multipla?

2*. Spiegare i concetti di "ambiente genotipico" e "ambiente esterno".

3. Sostituisci le parole evidenziate con il termine.

Le interazioni dei geni, così come le loro azioni ambigue, portano alla conclusione che la relazione tra geni e tratti è piuttosto complessa.

4*. Completa la frase scegliendo le parole corrette.

Le azioni duplicate di diversi geni nella manifestazione di questo tratto sono chiamate:

§ 23 Determinazione del sesso ed ereditarietà dei tratti legati al sesso La maggior parte delle prove a favore della teoria cromosomica dell'ereditarietà di Morgan provengono da esperimenti con la Drosophila. Un attento esame citologico delle cellule di questa mosca ha contribuito a rilevare le differenze tra i cromosomi di maschi e femmine. Questa scoperta ha gettato le basi per risolvere una questione importante: quali meccanismi determinano il sesso degli individui, cioè le loro differenze più profonde che influenzano lo sviluppo di molte caratteristiche e organi direttamente collegati alla riproduzione sessuale?

Si è scoperto che le cellule della Drosophila hanno quattro paia di cromosomi. Di questi, tre paia sono uguali per entrambi i sessi e la quarta coppia è costituita da cromosomi che differiscono nell'aspetto. Le femmine della quarta coppia hanno due cromosomi diritti, mentre i maschi ne hanno uno dritto e uno curvo. I cromosomi diritti sono chiamati cromosomi X (cromosomi X) e curvi - cromosomi Y (cromosomi Y). Una coppia di cromosomi diversi che non sono uguali nei maschi e nelle femmine sono chiamati cromosomi sessuali (X e Y). Tutti i cromosomi identici nell'aspetto nelle cellule degli organismi dioici, ad eccezione dei cromosomi sessuali, sono chiamati autosomi (dal greco autos - "sé" e soma - "corpo") o cromosomi non sessuali (A). L'aspetto dei cromosomi della Drosophila maschile e femminile è mostrato nella Figura 31. Il numero totale, le dimensioni e la forma dei cromosomi caratteristici di un particolare tipo di organismo sono chiamati cariotipo (dal greco karyon - "nucleo" e errori di battitura - " forma", "campione") .

Tutte le uova (gameti femminili) di Drosophila nel set aploide (nel genoma) contengono quattro cromosomi, di cui uno è il cromosoma X. Anche gli spermatozoi (gameti maschili) hanno quattro cromosomi, ma tra questi, metà degli spermatozoi porta il cromosoma X e l'altra metà il cromosoma Y.

La fecondazione di qualsiasi ovulo con uno spermatozoo contenente il cromosoma X dà origine a uno zigote femminile XX. Ma se la fecondazione dell'uovo viene effettuata da uno spermatozoo contenente un cromosoma Y, appare uno zigote di tipo maschile XY (Fig. 32).

Un modo simile di determinare il sesso è inerente a tutti i mammiferi, compreso l'uomo.

Il sesso della prole è determinato dal tipo di sperma che feconda l'ovulo.

Numerosi studi su cellule vegetali, animali e umane hanno confermato la presenza di cromosomi sessuali maschili e femminili.

Ci sono 46 cromosomi in tutte le cellule somatiche (cellule del corpo). Nelle donne sono rappresentati da 22 paia di autosomi (non sessuali) e una coppia di cromosomi sessuali XX, mentre negli uomini sono 22 paia di autosomi e una coppia di cromosomi sessuali XY (Fig. 33).

Come tutti gli organismi, nell'uomo, le cellule germinali (uovo e spermatozoo) hanno un insieme aploide di cromosomi, formato nel processo di riduzione della divisione nella meiosi. Pertanto, ogni uovo ha 22 autosomi e un cromosoma X. Anche gli spermatozoi hanno un corredo cromosomico aploide, ma metà degli spermatozoi in una cellula, oltre a 22 autosomi, ha un cromosoma X e l'altra metà ha 22 autosomi e un cromosoma Y.

Durante la fecondazione, dopo che uno spermatozoo con un cromosoma Y entra nell'uovo, si forma uno zigote (X Y), da cui si sviluppa un ragazzo, e se penetra uno spermatozoo con un cromosoma X, da tale zigote (XX) si sviluppa una ragazza. I cromosomi X e Y danno inizio a un'intera catena di eventi che porterà alla soppressione dei segni dell'uno e alla manifestazione dei segni dell'altro sesso.

Il sesso di una persona è controllato geneticamente dai geni dei cromosomi sessuali X e Y.

Una femmina (XX) ha sempre un cromosoma X da suo padre e un cromosoma X da sua madre. Un maschio (XY) ha un cromosoma X solo da sua madre. Ciò è dovuto alla particolarità dell'eredità dei geni situati sui cromosomi sessuali. Negli esseri umani, il cromosoma Y svolge un ruolo decisivo nella determinazione del sesso.

Ogni persona eredita dai suoi genitori la forma del corpo, il gruppo sanguigno, il colore della pelle e degli occhi, l'attività biochimica delle cellule e molto altro ancora. Allo stesso tempo, l'eredità di una persona, come tutti gli altri organismi, nella manifestazione dei segni segue in gran parte le leggi mendeliane. Esempi di ereditarietà di alcuni tratti umani sono mostrati nella Tabella 1.

Il fatto che i bambini siano in un modo o nell'altro simili ai loro genitori indica la condizionalità ereditaria di tali caratteristiche.

La distribuzione dei tratti genitoriali nella prole dipende dalla distribuzione dei cromosomi genitoriali nella meiosi e dal loro successivo accoppiamento nello zigote durante la fecondazione. I cromosomi sessuali contengono geni che determinano non solo il sesso, ma anche altri segni del corpo, chiamati legati al sesso.

Ereditarietà di alcuni tratti umani La trasmissione dei geni localizzati sui cromosomi sessuali e l'ereditarietà dei tratti controllati da questi geni è detta eredità legata al sesso.

I cromosomi sessuali possono contenere geni che non sono correlati alle caratteristiche sessuali. Ci sono molti di questi geni soprattutto sul cromosoma X. Rispetto ad esso, il cromosoma Y è geneticamente inerte. La maggior parte dei geni sul cromosoma X non sono presenti sul cromosoma Y. Pertanto, l'ereditarietà dei tratti legati al sesso di un individuo può presentarsi diversamente negli uomini e nelle donne, nelle femmine e nei maschi del regno animale.

Ad esempio, i gatti tartarugati (con macchie nere e rosse alternate) si trovano solo nelle femmine. Questo fatto non ha potuto essere spiegato per molto tempo, fino a quando non si è saputo che il gene B - colore nero e il gene b - colore rosso si trovano sui cromosomi X. Questi geni sono assenti sul cromosoma Y. Poiché l'individuo maschio ha un solo cromosoma X, il gatto può essere nero o rosso, ma non avrà il colore del guscio di tartaruga, perché il suo sviluppo richiede la presenza simultanea di entrambi i geni nel corpo: B e b.

Chiamiamo XB il cromosoma X che porta il gene dominante B e Xb il cromosoma X che porta il gene recessivo b. Secondo le leggi dell'ereditarietà, sono possibili le seguenti combinazioni di coppie di geni nei cromosomi e dei loro fenotipi: XB XB - gatto nero; Xb X b - gatto rosso; Xb X b - gatto tartarugato; X B Y - gatto nero; Xb Y - gatto rosso.

Esistono tre tipi di ereditarietà legata al sesso: ereditarietà con l'aiuto di geni localizzati sul cromosoma X; ereditarietà dovuta alla presenza di alleli degli stessi geni nei cromosomi X e Y; ereditarietà osservata in presenza di alcuni geni solo sul cromosoma Y.

Lo studio dell'eredità legata al sesso e del meccanismo di trasmissione dei tratti è molto importante per aumentare la vitalità degli organismi viventi, per il lavoro degli allevatori e anche per chiarire le cause delle malattie ereditarie causate da cambiamenti nel materiale ereditario dell'organismo .

1. Come determinare il sesso del futuro organismo?

2*. Costruisci l'affermazione corretta.

Il numero totale, la dimensione e la forma dei cromosomi di qualsiasi tipo di organismo vivente è chiamato:

a) genotipo;

b) cromosoma X;

c) cromosoma Y;

d) cariotipo.

3*. Includi la parola mancante nella frase.

Tutti i cromosomi identici nell'aspetto nelle cellule degli organismi dioici, tranne ..., sono chiamati autosomi.

4. Quanti cromosomi ci sono nelle cellule umane?

§ 24 Variabilità ereditaria In natura è difficile trovare due individui assolutamente identici, anche nella progenie della stessa coppia di genitori. Come già sapete, la proprietà degli organismi di esistere in forme o stati diversi si chiama variabilità.

La variabilità è una proprietà comune a tutti gli organismi. Si manifesta in loro in molti modi. Ad esempio, anche due piante della stessa specie che crescono fianco a fianco differiscono nel numero di germogli e frutti, nelle dimensioni delle foglie e in altre proprietà. Tuttavia, non è sempre possibile determinare con semplici osservazioni se la variabilità è il risultato di un disturbo genotipico (ereditario) o se non è causata da un disturbo genotipico. Ciò può essere stabilito solo sperimentalmente (ad esempio incrociando).

Qualsiasi tratto è un risultato visibile dell'implementazione dell'ereditarietà (genotipo) in determinate condizioni. Pertanto, i segni dipendono, da un lato, dalle caratteristiche genetiche dell'organismo e, dall'altro, dalle condizioni della sua vita.

Di conseguenza, la variabilità riflette la relazione di un organismo con l'ambiente e influenza tutti i suoi segni e strutture genetiche: geni, cromosomi e il genotipo nel suo insieme.

L'ambiente influenza continuamente il corpo, modificando, indebolendo o potenziando la manifestazione delle sue caratteristiche ereditarie. Allo stesso tempo, nel processo di riproduzione, gli organismi iniziali producono sempre prole simile a loro, realizzando la continuità della vita secondo il principio "cellula - da cellula", cioè

"Il simile genera simile." I figli di una coppia di gatti sono sempre gatti, così come i figli dell'alga unicellulare clorella saranno sempre clorella. Ereditando le proprietà dei genitori, la somiglianza con essi viene trasmessa alla prole.

Tuttavia, la prole eredita solo il materiale genetico concentrato nei cromosomi. Pertanto, i bambini non ereditano tratti e proprietà dai loro genitori, ma i geni che controllano questi tratti e proprietà. Inoltre, i geni stessi (e i cromosomi) nel processo di meiosi e nella vita di un individuo subiscono una serie di cambiamenti dovuti a:

l'azione dell'eredità collegata dei tratti, nonché dell'eredità legata al sesso; localizzazione dei geni nei cromosomi; dominanza dei geni allelici, ecc.

Ciò porta al fatto che la prole ha proprietà che non erano nei genitori e nei loro antenati. La variabilità che si è creata in questo modo garantisce la dissomiglianza tra discendenti e genitori.

La variabilità che appare in connessione con un cambiamento nel materiale genetico è chiamata ereditaria o genotipica.

Uno dei risultati della variabilità ereditaria è la formazione di nuovi organismi (nuovi genotipi), che garantiscono la diversità della vita, la sua continuazione e lo sviluppo evolutivo.

La variabilità genotipica è ampiamente rappresentata in natura. A volte si tratta di cambiamenti molto grandi, manifestati, ad esempio, in segni di doppiezza nei fiori, zampe corte negli animali (nelle pecore, nei polli), ma più spesso si tratta di piccole deviazioni appena percettibili dalla norma.

Un cambiamento nel genotipo porta solitamente ad un cambiamento nel fenotipo.

La variabilità genotipica (ereditaria) si basa solitamente su nuove combinazioni di alleli formate durante la meiosi, la fecondazione o la mutazione. Pertanto, la variabilità ereditaria (genotipica) è divisa in due tipi: combinativa e mutazionale. In entrambi i casi, la struttura del gene e la struttura dei cromosomi sono disturbate, cioè cambia la sequenza dei nucleotidi nel DNA, il numero dei cromosomi e si verifica la divisione delle coppie di alleli dei geni; in altre parole, il genotipo cambia. Tutto ciò porta all'emergere di nuovi tratti ereditari.

La variabilità combinatoria è il risultato della ridistribuzione del materiale ereditario dei genitori tra i loro discendenti. La ricombinazione, o ricombinazione, di geni e cromosomi avviene solitamente durante la meiosi (durante il processo di crossover, quando i cromosomi omologhi si separano) e durante la fecondazione.

La variabilità ereditaria combinata è una proprietà universale: cambiamenti mutazionali nella forma delle ali, nel colore del corpo, negli occhi, nonché in molti tratti fisiologici (durata della vita, fertilità, resistenza a fattori dannosi, ecc.).

La maggior parte delle mutazioni sono neutre, ma esistono mutazioni dannose per l'organismo, alcune (letali) ne causano addirittura la morte. Molto raramente si verificano mutazioni utili per l'organismo che migliorano alcune proprietà di un individuo, ma sono loro, fissate nella prole, che gli conferiscono alcuni vantaggi nella selezione naturale rispetto ad altri.

La variabilità genotipica è inerente a tutti gli organismi viventi. È la principale fonte di diversità genetica degli individui all'interno di una specie, che determina l'evoluzione delle specie in natura e la selezione delle forme migliori nell'allevamento.

Un importante modello di variabilità ereditaria è stato rivelato da un eccezionale scienziato domestico: un botanico, genetista e allevatore, N.I. Vavilov. Ha scoperto che i cambiamenti ereditari in una specie possono prevedere cambiamenti simili in specie simili e persino in generi simili.

La regolarità da lui scoperta è chiamata legge delle serie omologiche nella variabilità ereditaria o legge di Vavilov.

Studiando la variabilità dei caratteri in numerose specie e generi della famiglia dei cereali, Vavilov scoprì che nelle specie e nei generi di cereali strettamente imparentati, il processo di variabilità ereditaria procede parallelamente ed è accompagnato dalla comparsa di caratteri simili con tale accuratezza che, conoscendo un numero di forme in una specie, è possibile prevedere la comparsa di forme simili e in altre specie e generi correlati.

Questo modello è stato ben rintracciato anche nei legumi, nella zucca, nella belladonna, nelle crocifere e in altre specie. È risultato che serie simili di variabilità ereditaria si riscontrano anche a livello di famiglie imparentate (Tabella 2).

Variabilità dei tratti ereditari nei rappresentanti della famiglia delle leguminose. Tratti ereditari Colore del fiore:

viola N.I. Vavilov ha scritto: "Intere famiglie di piante sono generalmente caratterizzate da un certo ciclo di variabilità che attraversa tutti i generi che compongono la famiglia".

La base teorica per stabilire una serie di variabilità dei tratti è l'idea dell'unità di origine di specie imparentate da antenati comuni che possedevano un certo insieme di geni che appaiono (o dovrebbero apparire) nei discendenti di generi e specie diversi. Le ricerche di Vavilov riguardarono direttamente le piante, ma la legge delle serie omologica della variabilità ereditaria da lui formulata si rivelò applicabile anche agli animali.

1. Nominare la causa della variabilità ereditaria.

2*. Spiegare il ruolo della variabilità genotipica nella fauna selvatica.

3. In ogni riga, tre termini sono interconnessi in un certo modo. Indica le loro caratteristiche generali e definisci un quarto termine che non ha nulla a che fare con esse.

a) Gene, variabilità, genotipo, ereditarietà.

b) Fenotipo, tratto, gene, mutazione.

c) Variabilità combinatoria, mutageno, mutazione, variabilità genotipica.

§ 25 Altri tipi di variabilità In base ai meccanismi di insorgenza e alla natura dei cambiamenti nei tratti, oltre a quelli ereditari (genotipici), si distinguono altri due tipi di variabilità: modificazione e ontogenetica.

variabilità della modifica. La variabilità che si verifica senza cambiamenti nel genotipo è chiamata modificazione (dal latino modus- “misura”, “gentile” e facio- “sì”), o non ereditaria (fenotipica).

La variabilità della modifica si manifesta nelle modifiche: cambiamenti nelle caratteristiche di un organismo (il suo fenotipo) sotto l'influenza di fattori ambientali.

Non è associato ad un cambiamento nel genotipo, ma è determinato da esso. Le influenze esterne possono causare cambiamenti in un individuo che possono essere dannosi, indifferenti o benefici per lui - adattamenti adattivi (dal latino adattatio- "adattamento", "adattamento"). Tuttavia, tutte le modifiche sono di natura relativa, agiscono solo in condizioni specifiche e non vengono conservate in altre condizioni, poiché non sono fissate nel genotipo e non sono ereditate.

Le modifiche compaiono durante tutta la vita dell'organismo, permettendogli di esistere in condizioni ambientali specifiche.

Gli adattamenti alle modifiche non vengono ereditati.

Qualsiasi coppia di organismi della stessa specie è sempre leggermente diversa l'una dall'altra. In una foresta, ai margini, in una radura o in un campo vicino, le piante in crescita della stessa specie differiscono tra loro (per dimensioni, velocità di crescita, forma della corona, infiorescenze, ecc.), perché si sviluppano in condizioni ambientali disuguali: ricevono una quantità disuguale di luce, acqua, minerali, sono in contatto con la diversa composizione delle specie vicine. La stessa immagine è tipica per gli individui di funghi, animali e tutti gli altri organismi.

Anche le foglie di una stessa pianta hanno proprietà anatomiche, fisiologiche e morfologiche diverse. Ad esempio, nei lillà sul lato soleggiato del cespuglio, le foglie hanno una struttura leggera, e nella profondità della corona e sul lato ombreggiato hanno una struttura ombreggiata (Fig. 34). Nella vallisneria, nella punta di freccia, nel ranuncolo acquatico e in molte altre piante acquatiche, le foglie che sono sott'acqua e sopra l'acqua hanno un aspetto e una struttura interna di tessuti e cellule diversi (Fig. 35).

Esistono molti esempi di variabilità delle modifiche. Mostrano che anche gli organismi con lo stesso genotipo, ma cresciuti in condizioni diverse, differiscono sempre l'uno dall'altro nella manifestazione dei segni, cioè fenotipicamente. Tali tratti non sono ereditari poiché non sono fissati nel genotipo.

Le modificazioni osservate nella Bonellia greena, ovvero il cambiamento della forma delle foglie nella punta di freccia, lilla, nonché l'aumento della produzione di latte quando le mucche sono abbondantemente nutrite, la maggiore ramificazione dei germogli durante la potatura delle gemme apicali, la il miglioramento della salute con l'uso delle vitamine, e molti altri esempi simili di carattere quantitativo, si manifestano in modo simile in tutti gli individui di ciascuna specie. Pertanto, la variabilità della modificazione è anche chiamata gruppo (massa) o specifica. Questi termini furono introdotti da C. Darwin. Notò che una certa variabilità si osserva nei casi in cui tutti gli individui di una determinata razza, o varietà, o specie, sotto l'influenza di una certa causa, cambiano allo stesso modo in una direzione.

velocità di reazione. La variabilità della modificazione ha confini, o limiti, piuttosto rigidi per la manifestazione di un tratto, a causa della proprietà genotipica di un individuo. I limiti della variabilità della modificazione delle caratteristiche di un organismo sono chiamati norma di reazione. La velocità di reazione caratterizza la capacità degli organismi di una determinata specie di rispondere (all'interno del genotipo) alle mutevoli condizioni e la possibilità di manifestazione dei segni in determinate condizioni specifiche in modo speciale. Alcuni segni (ad esempio la produzione di uova, la produzione di latte, l'accumulo di grasso, il peso e la crescita degli organismi), cioè segni di natura quantitativa, hanno una velocità di reazione molto ampia, altri (colore della lana, semi, forma delle foglie, dimensione e forma dei uova), cioè caratteristiche qualitative - molto strette. I limiti della norma di reazione sono determinati dal genotipo.

La quaglia giapponese addomesticata depone le uova, il cui peso medio è di 10 g.

l'esposizione ai raggi UV le scottature scompaiono gradualmente. In alcuni pesci avviene un cambio di sesso in quello opposto e viceversa, e talvolta questo processo richiede solo pochi minuti (ad esempio nei posatoi Seranus). Nella maggior parte dei casi, le modificazioni sono instabili e scompaiono non appena cessa l'azione dei fattori che le hanno provocate, ma danno agli individui l'opportunità di sopravvivere in specifiche condizioni mutate.

Le modifiche sono reazioni adattative non ereditarie del corpo (e delle cellule) ai cambiamenti delle condizioni ambientali.

La base della variabilità della modificazione è il fenotipo come risultato dell'interazione del genotipo e delle condizioni esterne. Pertanto, questo tipo di variabilità è anche chiamata fenotipica.

Il significato della variabilità della modifica è stato ben espresso dallo scienziato domestico che ha studiato le questioni dell'evoluzione, I.I. Schmalhausen: "La modifica adattiva (adattiva) è il primo test della reazione, con l'aiuto del quale il corpo, per così dire, verifica la possibilità di sostituire e utilizzare con maggiore successo l'ambiente."

Il ruolo della variabilità delle modifiche in natura è grande, poiché fornisce agli organismi l'opportunità di adattarsi (adattarsi) alle mutevoli condizioni ambientali durante la loro ontogenesi.

variabilità ontogenetica. La variabilità ontogenetica, o legata all'età, è chiamata i cambiamenti regolari nel corpo che si sono verificati nel corso del suo sviluppo individuale (ontogenesi). Con tale variabilità il genotipo rimane invariato, pertanto è classificato come non ereditario. Tuttavia, tutti i cambiamenti ontogenetici sono predeterminati da proprietà ereditarie (genotipo), che spesso cambiano durante l'ontogenesi. Di conseguenza, nel genotipo compaiono nuove proprietà. Ciò avvicina la variabilità ontogenetica a quella ereditaria. Pertanto, la variabilità ontogenetica occupa una posizione intermedia tra la variabilità ereditaria e quella non ereditaria (Tabella 3).

Tipi di variabilità Tutti i tipi di variabilità sono di grande importanza nella vita degli organismi.

La variabilità, cioè la capacità degli organismi di esistere in diverse variazioni, sotto forma di individui con proprietà diverse, è uno dei fattori più importanti della vita che garantisce l'adattabilità degli organismi (popolazioni e specie) alle mutevoli condizioni di esistenza e determina l'evoluzione delle specie.

1. È possibile, migliorando le condizioni di alimentazione, trasformare i gatti a pelo corto in gatti a pelo lungo?

2*. Spiegare il ruolo della norma di reazione nella vita di un individuo e di una specie. 3. In ogni riga, tre termini sono interconnessi in un certo modo. Indica le loro caratteristiche generali e definisci un quarto termine che non ha nulla a che fare con esse.

Modificazione, fenotipica, mutazionale, definita (variabilità).

Ontogenetico, ereditario, non ereditario, adattativo (variabilità).

Lavoro di laboratorio n. 4 (vedi Appendice, p. 231).

§ 26 Malattie ereditarie legate al sesso Nella genetica medica esistono circa 3.000 malattie ereditarie e anomalie (malformazioni) Lo studio e l'eventuale prevenzione delle conseguenze dei difetti genetici umani sono di grande importanza per la conservazione della specie. Attualmente, circa il 4% dei neonati soffre di difetti genetici. Si ritiene che circa un gamete umano su 10 contenga informazioni errate a causa di una mutazione. I gameti con errori nel materiale genetico causano aborti o nati morti.

Tutte le malattie ereditarie possono essere divise in due grandi gruppi:

malattie associate a mutazioni genetiche e malattie associate a mutazioni cromosomiche.

Malattie genetiche e anomalie. Questi includono condizioni patologiche del corpo che si presentano a seguito di una mutazione in un gene. Ad esempio, una violazione della replicazione del DNA porta ad un cambiamento nell'alternanza delle coppie di nucleotidi, che a sua volta provoca "errori" nel metabolismo.

Molte anomalie e malattie congenite (con le quali un individuo nasce al mondo) sono causate da disturbi nei geni situati sul cromosoma X o Y. In questi casi si parla di eredità legata al sesso. Ad esempio, un'anomalia come il daltonismo (l'incapacità di distinguere tra i colori rosso e verde) è causata da un gene situato sul cromosoma X.

Negli esseri umani, uno dei geni sul cromosoma X è responsabile della visione dei colori. L'allele recessivo non prevede lo sviluppo della retina, necessario per distinguere i colori rosso e verde. Un uomo che porta un gene così recessivo sul cromosoma X soffre di daltonismo, cioè distingue tra i colori giallo e blu, ma il verde e il rosso gli sembrano uguali. Il daltonismo non si trasmette attraverso la linea maschile, poiché gli uomini daltonici ricevono il cromosoma X da una madre portatrice di un gene difettoso (Fig. 37). Una donna può essere daltonica solo se suo padre è daltonico e sua madre è portatrice di questo gene recessivo.

Legati al sesso (i geni si trovano sul cromosoma X) vengono ereditati anche vari tipi di emofilia, in cui il sangue non si coagula e una persona può morire per perdita di sangue anche con un piccolo graffio o taglio.

Questa malattia si verifica negli uomini le cui madri, essendo sane, sono portatrici del gene dell'emofilia recessiva.

È stato accertato che l'emofilia è causata da un gene recessivo situato /v sul cromosoma X, pertanto le donne eterozigoti per questo gene hanno una normale coagulazione del sangue. Sposata con un uomo sano (non emofiliaco! Una donna trasmette a metà dei suoi figli un cromosoma X con un gene per la normale coagulazione del sangue e metà di un cromosoma X con un gene per l'emofilia. Inoltre, le figlie hanno una normale coagulazione del sangue, ma la metà dei potrebbero essere portatori del gene dell'emofilia, che in futuro influenzerà la prole maschile.

La distribuzione ereditaria dell'emofilia è stata ben studiata tra i discendenti delle famiglie reali d'Europa. Lo schema di distribuzione dell'emofilia in queste famiglie è mostrato nella Figura 38.

Malattie cromosomiche. Questo tipo di malattia ereditaria è associata a cambiamenti nel numero o nella struttura dei cromosomi. Nella maggior parte dei casi, questi cambiamenti non vengono trasmessi da genitori malati, ma si verificano quando si verifica una violazione della divergenza dei cromosomi durante la meiosi, quando si formano i gameti o quando la mitosi viene disturbata nello zigote in diverse fasi di schiacciamento.

Tra le malattie cromosomiche (autosomiche), la malattia di Down è stata studiata in modo più dettagliato. Questa malattia è associata alla non disgiunzione durante la divisione del 21° cromosoma. Come risultato di questa anomalia, le cellule embrionali hanno 47 cromosomi invece dei soliti 46 umani, mentre il cromosoma 21 non è doppio, ma triplo (trisomia).

I segni tipici dei pazienti con sindrome di Down sono un ampio ponte del naso, occhi obliqui con una piega speciale della palpebra, una bocca sempre aperta con una lingua grande e un ritardo mentale. Circa la metà di loro ha difetti cardiaci. La malattia di Down è abbastanza comune. Tuttavia, nelle giovani madri (sotto i 25 anni) questi bambini nascono raramente (0,03-0,04% dei neonati) e nelle donne sopra i 40 anni quasi il 2% dei bambini nasce con la sindrome di Down.

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4. Spiegare come vengono controllati i processi dell'attività vitale cellulare.

5. Pensa se la conoscenza della cellula è collegata alla comprensione delle leggi generali della vita e del suo sviluppo. Giustifica il tuo punto di vista.

Concetti base sui procarioti. Eucarioti. organelli cellulari. Monomeri. Polimeri.

Acidi nucleici. DNA. RNA. Enzimi. Biosintesi. Fotosintesi.

Metabolismo. Ossidazione biologica (respirazione cellulare).

Capitolo Riproduzione e sviluppo individuale degli organismi (ontogenesi) Dopo aver studiato il capitolo sarai in grado di:

Descrivere i due principali tipi di riproduzione e il loro ruolo nell'evoluzione della vita;

Raccontare il significato biologico della fecondazione e il ruolo dello zigote;

Rivelare l'essenza della mitosi e della meiosi e il loro significato;

Spiegare i processi di divisione cellulare e il suo significato biologico;

Descrivere le fasi dell'ontogenesi.

§ 13 Tipi di riproduzione La riproduzione è la riproduzione della propria specie, garantendo la continuazione dell'esistenza della specie.

La riproduzione è la proprietà principale di tutti gli organismi. Come risultato della riproduzione, il numero di individui di una determinata specie aumenta, la continuità e la successione vengono effettuate nel trasferimento delle informazioni ereditarie dai genitori alla prole.

Avendo raggiunto una certa dimensione e sviluppo, l'organismo riproduce la sua prole - nuovi organismi della stessa specie e li insedia nello spazio circostante.

La diversità degli organismi che si è storicamente sviluppata sulla Terra ha portato ad una varietà estremamente ampia di metodi di riproduzione. Tuttavia, sono tutte solo varianti dei due principali tipi di riproduzione: asessuata e sessuale.

La riproduzione asessuata è l'autoriproduzione degli organismi, alla quale partecipa un solo individuo (il genitore). Nella riproduzione sessuale, di regola, partecipano due individui (due genitori): femmina e maschio.

Riproduzione sessuale. La caratteristica principale della riproduzione sessuale è la fecondazione, cioè la fusione delle cellule germinali femminili e maschili e la formazione di una cellula comune - uno zigote (zigoti greci - "collegati insieme"). Lo zigote dà origine ad un nuovo organismo in cui si combinano le proprietà ereditarie dei due organismi genitori.

Le cellule sessuali - gameti (gameti greci - "coniuge") - si formano negli organismi genitori in organi speciali. Negli animali e negli esseri umani sono chiamati genitali, nelle piante - organi generativi (greco genero- "produco", "partorisco"). Negli organi genitali degli animali e negli organi generativi delle piante si sviluppano gameti maschili e femminili. I gameti maschili sono solitamente piccole cellule contenenti solo una sostanza nucleare (ereditaria). Alcuni di essi sono immobili (spermatozoi), altri sono mobili (spermatozoi).

Gli spermatozoi si sviluppano in tutte le angiosperme e gimnosperme, mentre gli spermatozoi si sviluppano nelle alghe, nei muschi, nelle felci e nella maggior parte degli organismi animali, compreso l'uomo.

I gameti femminili (uova) sono cellule piuttosto grandi, a volte mille volte più grandi degli spermatozoi. Oltre alla sostanza nucleare, gli ovuli contengono una grande quantità di preziose sostanze organiche necessarie dopo la fecondazione per lo sviluppo dell'embrione.

La fecondazione in molti organismi primitivi (alghe verdi filamentose, come la spirogira, alcuni tipi di batteri, ciliati, muffe, ecc.) Viene effettuata mediante la fusione di due cellule morfologicamente identiche, con conseguente formazione di una cellula: uno zigote. Un tale processo sessuale è chiamato coniugazione (latino conjugatio - "connessione"). Le cellule che si uniscono sono anche chiamate gameti. La loro coniugazione (fusione) dà uno zigote.

Due cellule adiacenti dello stesso filamento di spirogira o cellule di due diversi filamenti adiacenti possono coniugarsi. In questo caso, il ruolo della cellula riproduttiva femminile è svolto da quello in cui scorre il contenuto di un'altra cellula. Il contenuto che scorre è considerato la cellula sessuale maschile.

Nella scarpa ciliata il caudato coniuga due individui identici che nuotano liberamente.

Inoltre, non uniscono insieme il contenuto delle cellule, ma scambiano tra loro la materia nucleare.

Pertanto, la riproduzione sessuale è caratterizzata dallo sviluppo delle cellule germinali, dalla fecondazione e dalla formazione di uno zigote che unisce la sostanza ereditaria di due diversi individui genitoriali. Di conseguenza, ogni individuo figlia che si sviluppa da uno zigote contiene nuove proprietà - provenienti da due diversi organismi della stessa specie.

Durante la riproduzione sessuale nasce sempre un organismo con proprietà uniche che non sono state ancora trovate in natura, sebbene molto simili ai suoi genitori. Tali organismi con nuove proprietà ereditarie ottenute da entrambi i genitori spesso risultano più adattati alla vita in condizioni ambientali mutevoli.

Durante la riproduzione sessuale, c'è un costante rinnovamento delle proprietà ereditarie nelle generazioni figlie di organismi. Questo è il più grande ruolo biologico della riproduzione sessuale nell'evoluzione degli esseri viventi.

Non esiste un tale rinnovamento nella riproduzione asessuata, quando gli organismi figli si sviluppano da un solo genitore e ne portano solo le proprietà ereditarie.

Riproduzione asessuata. Questo è un antico modo di riprodurre la propria specie, caratteristico degli organismi di tutti i regni della fauna selvatica, in particolare dei procarioti.

Questo metodo di riproduzione, effettuato senza la partecipazione delle cellule germinali, è diffuso negli organismi unicellulari, nei funghi e nei batteri.

Negli organismi unicellulari e multicellulari, la riproduzione asessuata viene effettuata per divisione e gemmazione. La divisione nei procarioti avviene mediante costrizione della cellula in due parti. Negli eucarioti la divisione è più complicata ed è assicurata da processi che avvengono nel nucleo (vedi § 14).

Un esempio di riproduzione asessuata è la riproduzione vegetativa nelle piante. In alcuni animali avviene anche la riproduzione vegetativa. Si chiama riproduzione per frammentazione, cioè parti (frammenti) del corpo da cui si sviluppa un nuovo individuo. La riproduzione per frammenti è tipica delle spugne, dei celenterati (idra), dei platelminti (planaria), degli echinodermi (stelle marine) e di alcune altre specie.

Negli animali unicellulari e in alcuni multicellulari, così come nei funghi e nelle piante, la riproduzione asessuata può essere effettuata per gemmazione. Sul corpo della madre si formano escrescenze speciali: i reni, dai quali si sviluppano nuovi individui. Un altro tipo di riproduzione asessuata è la sporulazione. Le spore sono cellule specializzate separate, molto piccole che contengono un nucleo, un citoplasma, sono ricoperte da una membrana densa e sono in grado di sopportare a lungo condizioni avverse. Una volta in condizioni ambientali favorevoli, le spore germinano e formano un nuovo organismo (figlia). La sporulazione è ampiamente rappresentata nelle piante (alghe, briofite, felci), funghi e batteri. Tra gli animali si osserva sporulazione, ad esempio, negli sporozoi, in particolare nel plasmodio malarico.

È interessante notare che durante la riproduzione asessuata, gli individui figli separati riproducono completamente le proprietà dell'organismo madre. Trovandosi in altre condizioni ambientali, possono manifestare le loro proprietà in modo diverso, principalmente solo nella dimensione (dimensione) dei nuovi organismi. Le proprietà ereditarie rimangono invariate.

La capacità di ripetere negli organismi figli le invariabili qualità ereditarie del genitore, cioè di riprodurre una prole omogenea, è una proprietà unica della riproduzione asessuata.

Gli organismi che apparivano asessualmente di solito si sviluppano molto più velocemente di quelli che apparivano attraverso la riproduzione sessuale. Aumentano rapidamente il loro numero e molto più velocemente effettuano il reinsediamento su vaste aree.

Nella maggior parte degli organismi unicellulari e multicellulari, la riproduzione asessuata può alternarsi alla riproduzione sessuale.

Ad esempio, in alcuni celenterati marini, la generazione sessuale è rappresentata da singole meduse che nuotano liberamente, e la generazione asessuata è rappresentata da polipi sessili. Nelle piante, ad esempio, nelle felci, la generazione sessuale (gametofito) è rappresentata da una piccola escrescenza simile a una foglia, e la generazione asessuata (sporofito) è una grande pianta frondosa su cui si sviluppano spore (Fig. 19).

Tipicamente, la riproduzione asessuata avviene quando l'organismo si trova in condizioni favorevoli per essa. Quando le condizioni peggiorano, l'organismo passa alla riproduzione sessuale. In molte piante e animali altamente sviluppati, la riproduzione sessuale inizia solo dopo che l'organismo ha attraversato una serie di stadi definiti nel suo sviluppo e ha raggiunto l'età della maturità sessuale.

La riproduzione asessuata e sessuale sono i due modi principali di continuare la vita, formati nel processo di evoluzione della fauna selvatica.

1. Spiegare il vantaggio evolutivo della riproduzione sessuale rispetto alla riproduzione asessuata.

2*. Qual è il ruolo biologico della riproduzione asessuata nell'evoluzione degli esseri viventi?

La fusione di due cellule adiacenti adiacenti è un metodo di fecondazione in molti organismi primitivi.

Le cellule sessuali maschili mobili si sviluppano nella maggior parte degli animali e delle piante, mentre le cellule sessuali maschili immobili si sviluppano solo nelle piante da seme.

§ 14 Divisione cellulare. Mitosi Tutte le nuove cellule nascono dividendo una cellula già esistente, realizzando la legge fondamentale della vita: "cellula - da cellula". Questo processo è osservato sia negli organismi unicellulari che multicellulari.

Negli organismi unicellulari, la divisione cellulare è alla base della riproduzione asessuata, portando ad un aumento del loro numero. Negli organismi multicellulari la divisione è alla base della formazione dell'organismo stesso. Avendo iniziato la loro esistenza con una cellula (zigote), grazie alla divisione ripetutamente ripetuta, creano miliardi di nuove cellule mediante riproduzione asessuata:

così il corpo cresce, i suoi tessuti si rinnovano, le cellule invecchiate e morte vengono sostituite. La divisione cellulare non si ferma per tutta la vita dell'organismo, dalla nascita alla morte.

È noto che le cellule invecchiano nel tempo (accumulano prodotti metabolici non necessari) e muoiono. Si stima che in un adulto il numero totale di cellule sia superiore a 1015. Di queste, circa l'1-2% delle cellule muore ogni giorno. Quindi, le cellule del fegato vivono non più di 1-8 mesi, gli eritrociti - mesi, le cellule epiteliali dell'intestino tenue - 1-2 giorni. Solo le cellule nervose vivono per tutta la vita e funzionano di una persona senza essere sostituite. Tutte le altre cellule umane vengono sostituite da nuove cellule circa ogni 7 anni.

Tutte le sostituzioni cellulari nel corpo vengono effettuate mediante la loro costante divisione.

La divisione cellulare è un processo complesso di riproduzione asessuata. Le nuove cellule figlie risultanti di solito diventano capaci di dividersi dopo un certo periodo del loro sviluppo. Ciò è dovuto al fatto che la divisione dovrebbe essere preceduta dal raddoppio degli organelli intracellulari che garantiscono l'attività vitale della cellula. Altrimenti nelle cellule figlie entrerebbero sempre meno organelli. Per il normale funzionamento, una cellula figlia, come una cellula madre, deve ricevere informazioni ereditarie sulle sue caratteristiche principali contenute nei cromosomi. Senza queste informazioni, la cellula non sarà in grado di sintetizzare gli acidi nucleici e le proteine ​​di cui ha bisogno. Ciò significa che ogni cellula figlia durante la divisione deve ricevere una copia dei cromosomi con informazioni ereditarie dalla cellula madre.

L'autoriproduzione per divisione è una proprietà comune delle cellule degli organismi unicellulari e multicellulari. Tuttavia, questo processo avviene in modo diverso nelle cellule procariotiche ed eucariotiche.

Divisione cellulare nei procarioti. La divisione cellulare dei procarioti è dovuta alle peculiarità della struttura delle loro cellule. Le cellule procariotiche non hanno nucleo né cromosomi.

Pertanto, le cellule si moltiplicano per semplice divisione. La sostanza nucleare nei batteri è rappresentata da un'unica molecola circolare di DNA, convenzionalmente considerata un cromosoma. Il DNA ha forma circolare ed è solitamente attaccato alla membrana cellulare.

Prima di dividersi, il DNA batterico viene duplicato e ciascuno di essi, a sua volta, è attaccato alla membrana cellulare. Una volta completata la duplicazione del DNA, la membrana cellulare cresce tra le due molecole di DNA risultanti. Pertanto, il citoplasma è diviso in due cellule figlie, ciascuna delle quali contiene un'identica molecola circolare di DNA (Fig. 20).

Divisione cellulare negli eucarioti. Nelle cellule eucariotiche, le molecole di DNA sono racchiuse nei cromosomi. I cromosomi svolgono un ruolo importante nel processo di divisione cellulare. Garantiscono il trasferimento di tutte le informazioni ereditarie e la partecipazione alla regolazione dei processi metabolici nelle cellule figlie. Distribuendo i cromosomi tra le cellule figlie e trasferendo a ciascuna di esse un insieme di cromosomi rigorosamente identici, si ottiene la continuità delle proprietà in un numero di generazioni di organismi.

Durante la divisione, il nucleo di una cellula eucariotica attraversa una serie di fasi sequenziali e continue che si susseguono. Questo processo è chiamato mitosi (gr.

mitos- "filo").

Come risultato della mitosi, si verifica prima il raddoppio e poi una distribuzione uniforme del materiale ereditario tra i due nuclei delle cellule figlie emergenti.

A seconda di ciò che accade nella cellula in divisione e di come questi eventi appaiono al microscopio, si distinguono quattro fasi, o stadi, della mitosi, che si susseguono: la prima fase è la profase, la seconda è la metafase, la terza è l'anafase e la seconda è la profase. quarto, finale, - telofase. Consideriamo cosa accade nel nucleo nei diversi stadi della fissione (Fig. 21).

Profase. Maggiore dimensione del nucleo. La membrana nucleare si disintegra. I cromosomi doppi sono chiaramente visibili: sono costituiti da due copie filiformi - i cromatidi, collegate da una costrizione - un centromero. Nel citoplasma, i microtubuli formano un apparato per separare i cromosomi: il fuso di divisione.

Metafase. I cromosomi si spostano al centro della cellula. Ciascuno di essi è costituito da due cromatidi collegati da un centromero. Un'estremità dei fili del fuso è attaccata ai centromeri.

Anafase. I microtubuli si contraggono, i centromeri si separano e si allontanano gli uni dagli altri. I cromosomi si separano e i cromatidi si spostano ai poli opposti del fuso.

Telofase. Si formano nuovi nuclei. I cromosomi nei nuovi nuclei diventano sottili, invisibili al microscopio. Il nucleolo riappare e si forma il guscio del nucleo. Questa è l'ultima fase della divisione cellulare.

Contemporaneamente alla telofase inizia la divisione del citoplasma. Innanzitutto, si forma una costrizione (divisione) tra le cellule figlie. Dopo qualche tempo, il contenuto della cella viene diviso. Ecco come appaiono le nuove cellule figlie con il citoplasma attorno a nuovi nuclei identici. Dopodiché ricomincia la preparazione per la divisione della cellula ormai nuova, e l'intero ciclo si ripete continuamente, se ci sono condizioni favorevoli. Il processo di mitosi dura circa 1-2 ore e la sua durata varia a seconda dei diversi tipi di cellule e tessuti. Dipende anche dalle condizioni ambientali.

La divisione del nucleo e, di conseguenza, della cellula prosegue continuamente finché la cellula ha i mezzi per assicurare la sua attività vitale.

Ciclo cellulare. L'esistenza di una cellula dal momento in cui appare come risultato della divisione alla divisione in cellule figlie è chiamata ciclo di vita cellulare o ciclo cellulare. Ci sono due fasi (o fasi) nel ciclo di vita cellulare.

La prima fase del ciclo cellulare è la preparazione della cellula alla divisione. Si chiama interfase (dal latino inter- “tra” e dal greco phase- “apparizione”). L'interfase nel ciclo cellulare richiede l'intervallo di tempo più lungo (fino al 90%). Durante questo periodo, il nucleo e il nucleolo sono chiaramente visibili nella cellula. C'è una crescita attiva di una cellula giovane, viene effettuata la biosintesi delle proteine, il loro accumulo, la preparazione delle molecole di DNA per il raddoppio e il raddoppio (replicazione) di tutto il materiale cromosomico. I cromosomi non sono visibili, ma il processo del loro raddoppio avviene attivamente. Il cromosoma doppio è costituito da due metà contenenti una molecola di DNA a doppio filamento. Le caratteristiche caratteristiche delle cellule in interfase sono la despiralizzazione (svolgimento) dei cromosomi e la loro distribuzione uniforme sotto forma di massa sciolta in tutto il nucleo. Alla fine dell'interfase, i cromosomi si spiralizzano (si attorcigliano) e diventano visibili, ma rappresentano ancora sottili filamenti allungati (Fig. 22).

Nella seconda fase del ciclo cellulare avviene la mitosi e la cellula si divide in due cellule figlie.

Dopo la separazione, ciascuna delle due cellule figlie entra nuovamente nel periodo interfase. Da questo momento in poi, entrambe le cellule eucariotiche che si sono formate iniziano un nuovo ciclo cellulare (ora il proprio).

Come puoi vedere, la divisione cellulare negli eucarioti e nei procarioti avviene in modi diversi. Ma sia la semplice divisione nei procarioti che la divisione per mitosi negli eucarioti sono metodi di riproduzione asessuata: le cellule figlie ricevono le informazioni ereditarie che aveva la cellula madre. Le cellule figlie sono geneticamente identiche al genitore. Non ci sono cambiamenti nell'apparato genetico qui. Pertanto, tutte le cellule che compaiono nel processo di divisione cellulare e i tessuti da esse formati presentano omogeneità genetica.

1. Spiegare le differenze nei processi di divisione cellulare nei procarioti e negli eucarioti.

2*. Perché nella riproduzione asessuata i figli sono identici ai genitori?

3. Descrivere il processo di mitosi e le caratteristiche di ciascuna delle sue fasi.

4. Sostituisci le parole sottolineate con termini.

La prima fase della mitosi inizia quando i cromosomi diventano visibili.

Alla fine della terza fase della mitosi, i cromosomi si trovano ai poli opposti della cellula.

Le strutture cellulari contenenti informazioni genetiche diventano visibili solo durante la mitosi.

Lavoro di laboratorio n. 2 (vedi Appendice, p. 230).

§ 15 Formazione delle cellule sessuali. Meiosi Le cellule sessuali (gameti) si sviluppano negli organi riproduttivi (generativi) e svolgono un ruolo importante: assicurano il trasferimento delle informazioni ereditarie dai genitori alla prole. Durante la riproduzione sessuale, a seguito della fecondazione, due cellule germinali (maschio e femmina) si uniscono e formano una cellula: uno zigote, la cui successiva divisione porta allo sviluppo di un organismo figlia.

Di solito, il nucleo della cellula contiene due serie di cromosomi - uno da uno e l'altro genitore - 2p (la lettera latina "p" denota un singolo set di cromosomi). Tale cellula è chiamata diploide (dal greco diploos - "doppio" ed eidos - "vista"). Si può presumere che quando due nuclei si uniscono, la cellula appena formata (zigote) conterrà non due, ma quattro serie di cromosomi, che raddoppieranno nuovamente ad ogni successiva comparsa di zigoti.

Immagina quanti cromosomi si accumulerebbero in una cellula!

Ma questo non accade nella natura vivente: il numero di cromosomi in ciascuna specie durante la riproduzione sessuale rimane costante. Ciò è dovuto al fatto che le cellule germinali sono formate da una divisione speciale. Per questo motivo, non due (2n), ma solo una coppia di cromosomi (In), cioè la metà di ciò che era nella cellula prima della sua divisione, entrano nel nucleo di ciascuna cellula germinale. Cellule con un singolo set di cromosomi, ad es.

Il processo di divisione delle cellule germinali, a seguito del quale nel nucleo è presente la metà dei cromosomi, è chiamato meiosi (meiosi greca - "riduzione").

Durante la formazione delle cellule germinali sia maschili che femminili si verifica un dimezzamento del numero di cromosomi nel nucleo (la cosiddetta riduzione). Durante la fecondazione mediante fusione delle cellule germinali nel nucleo dello zigote viene nuovamente creata una doppia serie di cromosomi (2p).

Va notato che in molti eucarioti (microrganismi, piante inferiori e maschi di alcune specie di artropodi) le cellule somatiche (greco soma - "corpo") (tutte le cellule del corpo, escluse le cellule sessuali) hanno un insieme aploide di cromosomi. In molte piante da fiore, le cellule sono poliploidi, cioè contengono molti set di cromosomi. Ma nella maggior parte degli animali, nell'uomo e nelle piante superiori, solo le cellule germinali sono aploidi. In tutte le altre cellule del corpo di questi organismi, il nucleo contiene un diploide (2p) - un doppio set di cromosomi.

La meiosi è di grande importanza nel mondo vivente. Nel processo di meiosi (a differenza della mitosi), si formano cellule figlie che contengono la metà dei cromosomi delle cellule madri, ma a causa dell'interazione dei cromosomi del padre e della madre, hanno sempre nuove e uniche combinazioni di cromosomi. Queste combinazioni nella prole sono espresse in nuove combinazioni di tratti. L'insieme emergente di combinazioni cromosomiche aumenta la capacità di una specie di sviluppare adattamenti alle mutevoli condizioni ambientali, il che è molto importante per l'evoluzione.

Con l'aiuto della meiosi si formano cellule germinali con un corredo di cromosomi più piccolo e con proprietà genetiche qualitativamente diverse rispetto a quelle delle cellule madri.

La meiosi, o divisione di riduzione, è una combinazione di due fasi peculiari della divisione cellulare, che si susseguono senza interruzione. Si chiamano meiosi I (prima divisione) e meiosi II (seconda divisione). Ogni fase ha diverse fasi.

I nomi delle fasi sono gli stessi delle fasi della mitosi. Le interfasi si osservano prima delle divisioni.

Ma il raddoppio del DNA nella mitosi avviene solo prima della prima divisione. Il corso della meiosi è mostrato nella Figura 23.

Nella prima interfase (che precede la prima divisione della meiosi), si verifica un aumento delle dimensioni delle cellule, il raddoppio degli organelli e il raddoppio del DNA nei cromosomi.

La prima divisione (meiosi I) inizia con la profase /, durante la quale i cromosomi duplicati (con due cromatidi ciascuno) sono chiaramente visibili al microscopio ottico. In questa fase, cromosomi identici (omologhi), ma provenienti dai nuclei dei gameti paterni e materni, si avvicinano tra loro e “si uniscono” per tutta la lunghezza in coppie. I centromeri (restrizioni) dei cromosomi omologhi si trovano fianco a fianco e si comportano come una singola unità, tenendo insieme i quattro cromatidi. Tali cromosomi doppi omologhi interconnessi sono chiamati coppia o bivalente (dal latino bi - "doppio" e valens - "forte").

I cromosomi omologhi che compongono il bivalente sono strettamente collegati tra loro in alcuni punti. In questo caso, può verificarsi uno scambio di sezioni di filamenti di DNA, a seguito del quale si formano nuove combinazioni di geni nei cromosomi. Questo processo è chiamato Crossing Door (inglese cmssingover - "croce") e può portare alla ricombinazione di sezioni grandi o piccole di cromosomi omologhi con diversi geni o parti di un gene nelle molecole di DNA (Fig. 24).

A causa dell'incrocio, i cromosomi con altre proprietà ereditarie rispetto ai cromosomi dei gameti parentali risultano essere nelle cellule germinali.

Il fenomeno del crossover è di fondamentale importanza biologica, poiché aumenta la diversità genetica nella prole.

La complessità dei processi che si verificano nella profase I (nei cromosomi, nel nucleo) determina la durata più lunga di questa fase della meiosi.

Nella metafase I i bivalenti si trovano nella parte equatoriale della cellula. Quindi, nell'anafase I, i cromosomi omologhi si separano ai poli opposti della cellula. La telofase / completa la prima divisione della meiosi, a seguito della quale si formano due cellule figlie, sebbene ciascun cromosoma in esse rimanga ancora raddoppiato (cioè è costituito da due cromatidi fratelli).

La telofase I è seguita dalla seconda interfase. Ci vuole un tempo molto breve, poiché in esso non avviene la sintesi del DNA.

La seconda divisione (meiosi II) inizia con la profase II.

Due cellule figlie che sono sorte nella telofase I iniziano la divisione simile alla mitosi: i nucleoli e le membrane nucleari vengono distrutti, appaiono i filamenti del fuso, con un'estremità attaccata al centromero. Nella metafase i cromosomi si allineano lungo l’equatore del fuso. Nell'anafase II i centromeri si dividono e i cromatidi dei cromosomi di entrambe le cellule figlie divergono verso i loro poli.

Di conseguenza, da ciascun cromosoma duplicato si ottengono due cromosomi separati che si spostano verso i poli opposti della cellula. Ad entrambi i poli si forma un nucleo da gruppi di cromosomi qui riuniti. In esso, ogni coppia di cromosomi omologhi è rappresentata da un solo cromosoma.

Nella telofase II, attorno al nucleo, che ora contiene un singolo insieme (aploide) di cromosomi, la membrana nucleare si riforma e il contenuto cellulare si divide. Il processo di riduzione della formazione delle cellule germinali termina con la creazione di quattro cellule aploidi: i gameti.

Come risultato della meiosi, da una cellula compaiono quattro cellule con un set di cromosomi aploidi.

Il processo di formazione delle cellule germinali maschili (spermatozoi) è chiamato spermatogenesi (dal greco spermatos - "seme" e genesi - "emergenza", "origine"). Il processo di sviluppo delle cellule germinali femminili (uova) è chiamato oogenesi o oogenesi (dal greco oop - "uovo" e genesi - "emergenza", "origine"), 1. Perché le proprietà degli organismi figli che si sono sviluppati da un zigote non identico a quello del genitore?

2*. Qual è il significato biologico della meiosi?

3. Sostituisci le parole evidenziate con il termine.

La divisione cellulare, a seguito della quale nel nucleo ci sono la metà dei cromosomi, porta alla formazione di cellule germinali.

4. Completa la dichiarazione scegliendo il termine corretto:

Gli stessi cromosomi del padre e della madre si chiamano:

a) aploide;

c) diploide;

b) omologo;

d) singolo.

§ 16 Sviluppo individuale degli organismi - ontogenesi Un organismo subisce trasformazioni significative durante il periodo della sua vita:

cresce e si sviluppa.

L'insieme delle trasformazioni che avvengono nel corpo dalla sua nascita alla morte naturale è chiamato sviluppo individuale o ontogenesi (dal greco ontos - "esistente" e genesi - "emergenza", "origine"). Negli organismi unicellulari, la vita rientra in un ciclo cellulare e tutte le trasformazioni avvengono tra due divisioni cellulari. Negli organismi multicellulari questo processo è molto più complicato.

Con la riproduzione asessuata, inclusa la riproduzione vegetativa, l'ontogenesi inizia dal momento della divisione delle cellule iniziali (cioè dando origine) dell'organismo materno. L'organismo nelle prime fasi di sviluppo è chiamato germe.

Gli organismi unicellulari, come tutte le cellule, nascono dalla divisione cellulare. In una cellula appena formata, non sempre si formano strutture intracellulari che forniscono le sue funzioni e processi vitali specifici. È necessario un certo tempo affinché tutti gli organelli si formino e tutti gli enzimi necessari vengano sintetizzati. Questo primo periodo di esistenza di una cellula (e di un organismo unicellulare) nel ciclo cellulare è chiamato maturazione. Segue un periodo di vita cellulare matura, che culmina con la sua divisione.

Nello sviluppo individuale di un organismo multicellulare si distinguono diverse fasi, spesso chiamate periodi di età. Esistono quattro periodi di età: germinale (embrionale), giovinezza, maturità e vecchiaia.

Negli animali si distinguono spesso solo due periodi: embrionale e postembrionale. Il periodo embrionale è lo sviluppo dell'embrione (embrione) prima della sua nascita. Post-embrionale è il periodo di sviluppo di un organismo dalla sua nascita o uscita dall'uovo o dalle membrane embrionali fino alla morte.

Il periodo embrionale dell'ontogenesi (sviluppo embrionale), che avviene nell'utero del corpo materno e termina con la nascita, si trova nella maggior parte dei mammiferi, compreso l'uomo. Negli organismi che depongono le uova e depongono le uova, lo sviluppo embrionale avviene al di fuori del corpo della madre e termina con l'uscita dalle membrane delle uova (nei pesci, anfibi, rettili, uccelli, così come in molti animali invertebrati - echinodermi, molluschi, vermi, ecc. ).

Nella stragrande maggioranza degli organismi animali, il processo di sviluppo embrionale avviene in modo simile. Ciò conferma la comunanza della loro origine.

Negli esseri umani, durante lo sviluppo embrionale, il cervello e il midollo spinale iniziano a separarsi per primi. Ciò avviene entro la terza settimana dal concepimento. In questa fase, la lunghezza dell'embrione umano è di soli 2 mm.

Fin dai primi giorni di sviluppo embrionale, l'embrione è molto sensibile agli effetti dannosi, soprattutto chimici (farmaci, veleni, alcol, droghe) e infettivi. Se, ad esempio, una donna si ammala di rosolia tra la 4a e la 12a settimana di gravidanza, ciò può causare un aborto spontaneo o interrompere la formazione del cuore, del cervello, degli organi della vista e dell'udito nel feto, cioè degli organi il cui sviluppo avviene in questo periodo.

Dopo la nascita o l'uscita dall'uovo, inizia lo sviluppo postembrionale dell'organismo. Per alcuni organismi, questo periodo di vita dura diversi giorni, per altri - diverse decine e centinaia di anni, a seconda della specie.

Il leone muore di vecchiaia all'età di circa 50 anni, il coccodrillo può vivere fino a 100 anni, la quercia - fino a 2000 anni, la sequoia - più di 3000 anni e l'avena - 4-6 mesi. Alcuni insetti vivono per diversi giorni.

Una persona muore di vecchiaia tra i 75 e i 100 anni, anche se alcune persone vivono oltre i 100 anni.

Lo sviluppo postembrionale è costituito da tre periodi di età:

gioventù, maturità e vecchiaia. Ciascuno di questi periodi è caratterizzato da alcune trasformazioni nella struttura e nei processi vitali dell'organismo, dovuti alla sua eredità e all'influenza delle condizioni esterne.

Nel processo di sviluppo postembrionale, l'organismo subisce cambiamenti quantitativi e qualitativi.

L'ontogenesi è lo sviluppo di un individuo (individuo) dovuto all'ereditarietà e all'influenza delle condizioni ambientali.

L’ontogenesi è sicuramente uno dei fenomeni biologici più sorprendenti.

Apparso sotto forma di un minuscolo embrione o germe, il corpo attraversa una serie di complesse fasi di sviluppo, durante le quali in esso si formano gradualmente tutti gli organi e i meccanismi che assicurano l'attività vitale. Raggiunta la pubertà, l'organismo realizza la funzione principale dei viventi: dà prole, che garantisce la durata e la continuità dell'esistenza della sua specie.

L'esistenza di qualsiasi organismo è un processo complesso e continuo di sviluppo embrionale e post-embrionale in determinate condizioni di vita e per periodi specifici di ciascuna specie.

1. Descrivere il periodo di sviluppo embrionale dell'organismo.

Sostituisci le seguenti definizioni con i termini: un organismo all'inizio 2.

fasi di sviluppo;

sviluppo individuale di un organismo pluricellulare.

3*. Spiega perché l'influenza di influenze esterne pericolose (radiazioni, fumo) è più distruttiva nella fase embrionale dell'ontogenesi che nella fase postembrionale.

La divisione cellulare indiretta (mitosi) durante il passaggio di una serie di fasi (profase, metafase, anafase, telofase) garantisce il trasferimento alle cellule figlie delle stesse informazioni ereditarie del genitore, contenute nei cromosomi del nucleo. L'interfase prepara la cellula alla divisione.

Il tipo più antico di riproduzione è la riproduzione asessuata. Garantisce la stabilità dell'informazione genetica, la conservazione delle proprietà della specie, un aumento più rapido del numero e la dispersione in nuovi territori.

La riproduzione sessuale è nata nel processo di evoluzione più tardi di quella asessuata.

Attraverso la meiosi, il crossover e la fecondazione, la riproduzione sessuale fornisce variabilità genetica che consente agli organismi di acquisire nuovi tratti e proprietà e quindi di adattarsi meglio alle mutevoli condizioni ambientali.

Nel processo di meiosi, si verificano la divisione ridotta delle cellule germinali e la formazione di un insieme di cromosomi aploidi (In) nel nucleo dei gameti. Quando le cellule vengono fecondate, i gameti maschili e femminili si fondono con un insieme di cromosomi aploidi e si forma uno zigote con un insieme di cromosomi diploidi (2p) nel nucleo.

Lo zigote dà origine allo sviluppo di un nuovo organismo. Il corso della vita di un organismo dalla nascita alla morte è chiamato sviluppo individuale (ontogenesi). Negli organismi multicellulari, l'ontogenesi consiste nei periodi embrionale e postembrionale.

Lo sviluppo individuale di tutti gli organismi viene effettuato in conformità con le proprietà ereditarie inerenti alla specie e in base alle condizioni ambientali.

Mettiti alla prova 1. Spiega il ruolo biologico dei gameti sessuali femminili e maschili.

2. Spiegare le principali differenze tra mitosi e meiosi.

3. Qual è la dipendenza dello sviluppo individuale dell'organismo dalle condizioni ambientali nei periodi embrionale e postembrionale?

4. Quali fasi si osservano nel ciclo cellulare degli organismi unicellulari? Spiegare l'importanza dell'interfase nella vita di una cellula.

1. Descrivere i concetti di "crescita dell'organismo" e "sviluppo dell'organismo".

Problemi da discutere 1. Descrivere il ruolo biologico dei diversi tipi di riproduzione se osservati in organismi della stessa specie. Dare esempi.

2. Ampliare il meccanismo per garantire la continuità della vita.

3. È corretto dire che lo sviluppo dell'organismo avviene nel periodo embrionale, e nel periodo postembrionale si verifica solo un aumento delle dimensioni del corpo, cioè la crescita dell'organismo? Sostieni le tue opinioni con esempi specifici.

Concetti fondamentali Riproduzione asessuata. Riproduzione sessuale. Gamete. Zigote. Pesce gatto cromo. Mitosi. Meiosi. Attraversando. Ciclo cellulare. cellula diploide.

cellula aploide. Ontogenesi.

Capitolo Fondamenti della dottrina dell'ereditarietà e della variabilità Dopo aver studiato il capitolo, sarai in grado di:

Spiegare i concetti base della genetica;

Descrivere il meccanismo di determinazione del sesso e i tipi di ereditarietà dei tratti;

Descrivere il ruolo dell'ereditarietà e della variabilità degli organismi nella fauna selvatica.

§ 17 Dalla storia dello sviluppo della genetica La genetica (genesi greca - "origine") è il nome della scienza che studia l'ereditarietà e la variabilità degli organismi, nonché i meccanismi per il controllo di questi processi. Ha una lunga storia.

Anche nei tempi antichi, le persone sapevano che le piante, gli animali e persino gli esseri umani ereditano alcune caratteristiche dai loro genitori, poiché era impossibile non vedere le somiglianze tra prole e genitori. Inoltre, alcuni segni "generici" sono stati tramandati immutati di generazione in generazione. Sulla base di questa capacità di piante e animali di ereditare determinate qualità, hanno iniziato a selezionare i semi di piante per la semina dagli individui più produttivi, hanno cercato di mantenere animali giovani che hanno le proprietà di cui le persone hanno bisogno: dare più latte o lana, eseguire meglio il lavoro di tiro , eccetera.

Antichi manoscritti cinesi testimoniano, ad esempio, che 6.000 anni fa furono create diverse varietà di riso attraverso incroci e selezioni. Reperti archeologici confermano che gli egiziani coltivavano varietà produttive di grano. Tra i monumenti scritti babilonesi in Mesopotamia è stata rinvenuta una tavoletta di pietra risalente al VI millennio a.C. e., che ha registrato dati sull'eredità della forma della testa e della criniera in cinque generazioni di cavalli (Fig. 25).

Tuttavia, solo nel XIX e all'inizio del XX secolo, quando fu accumulata la conoscenza sulla vita della cellula, gli scienziati iniziarono a studiare il fenomeno dell'ereditarietà. Il primo lavoro scientifico sullo studio dell'ereditarietà è stato svolto dallo scienziato e monaco ceco G. Mendel. Nel 1865, nell'articolo "Esperimenti sugli ibridi vegetali", formulò i modelli di ereditarietà dei tratti che gettarono le basi per la scienza della genetica. Mendel ha dimostrato che i tratti ereditari (inclinazioni) non sono "fusi", come si pensava in precedenza, ma si trasmettono dai genitori ai discendenti sotto forma di unità discrete (separate, separate), che ha chiamato fattori. Queste unità, presentate in coppia negli individui, non si fondono insieme, ma rimangono distinte e si trasmettono ai discendenti nelle cellule germinali maschili e femminili, una unità per ciascuna coppia.

Nel 1909, le unità ereditarie furono nominate dallo scienziato danese V.

Geni Johansen (greco genos- "genere"). All'inizio del XX secolo. l'embriologo e genetista americano T. Morgan ha stabilito sperimentalmente che i geni si trovano sui cromosomi e lì sono disposti linearmente. Da allora, il concetto di gene è stato centrale nella genetica.

Ruolo di primo piano nello sviluppo della genetica nella prima metà del XX secolo. interpretato dai nostri scienziati nazionali.

COME. Serebrovsky, esplorando la genetica degli animali, ha mostrato la complessa struttura del gene, ha introdotto nella scienza il termine "pool genetico". La dottrina dell'ereditarietà e della variabilità fu arricchita dalle opere di N.I. Vavilov, che formulò nel 1920 la legge delle serie omogenee dell'ereditarietà e della variabilità, che assicurava una stretta connessione tra genetica e dottrina evoluzionistica. Yu.A. Filipchenko ha condotto numerosi esperimenti sull'analisi genetica delle piante, sviluppato metodi per studiare la variabilità e l'ereditarietà. Un contributo significativo allo sviluppo della genetica è stato dato anche da G.D.

Karpechenko, N.K. Koltsov, S.S. Chetverikov e altri ricercatori.

Negli anni '40. furono gettate le basi biochimiche della genetica. Gli scienziati hanno dimostrato il ruolo delle molecole di acido nucleico nella trasmissione delle informazioni ereditarie, che ha portato alla nascita della genetica molecolare. La decifrazione della struttura della molecola del DNA, pubblicata nel 1953, ha mostrato una stretta connessione di questo composto chimico con le informazioni ereditarie nei geni.

I progressi nel campo della genetica molecolare hanno portato alla creazione di una nuova branca della scienza biologica: l'ingegneria genetica, che consente, manipolando singoli geni, di ottenere in vitro nuove combinazioni di geni nel cromosoma che prima non c'erano. L'ingegneria genetica è diventata ampiamente utilizzata nella pratica dell'agricoltura e della biotecnologia.

Lo sviluppo della genetica basata su basi molecolari nella considerazione delle qualità ereditarie è diventato possibile grazie alla creazione di alte tecnologie nel campo della ricerca scientifica, apparse solo a metà del XX secolo.

La genetica è la base teorica della selezione (lat. selectio - "scelta", "selezione") di piante, animali e microrganismi, cioè la creazione di organismi con le proprietà di cui una persona ha bisogno. Sulla base di modelli genetici, gli allevatori creano varietà vegetali e razze di animali domestici migliorate. I metodi di ingegneria genetica producono nuovi ceppi (colture pure) di microrganismi (batteri, funghi) che sintetizzano sostanze per il trattamento delle malattie.

La ricerca degli scienziati genetici ha portato alla comprensione del fatto che oltre alle malattie infettive esistono molte diverse malattie ereditarie. La diagnosi precoce di queste malattie consente di intervenire tempestivamente nel decorso della malattia e di prevenirne o rallentarne lo sviluppo.

Il degrado ambientale e i cambiamenti ambientali negativi hanno causato molti disturbi nella sfera genetica degli organismi viventi, aumentando la probabilità di malattie ereditarie negli esseri umani.

Per risolvere molti dei problemi associati a questa tendenza allarmante e per garantire la sicurezza genetica umana, erano necessari una ricerca mirata e gli sforzi congiunti di ecologisti e genetisti. Così è nata una nuova importante direzione nella scienza: la genetica ecologica, che ha garantito lo sviluppo del servizio di sicurezza genetica. Quest'ultimo studia l'attività genetica dei fattori ambientali chimici e fisici che influenzano l'uomo e la natura nel suo insieme. Gli ecologisti hanno dimostrato che per lo sviluppo sostenibile della vita sulla Terra è necessario preservare la diversità biologica delle specie e degli ecosistemi naturali. Questo compito vitale per l'umanità ha portato allo sviluppo attivo di una direzione nella scienza biologica come la genetica delle popolazioni.

La conoscenza della genetica è richiesta in botanica, zoologia, microbiologia, ecologia, evoluzione, antropologia, fisiologia, etologia e altre aree della biologia. I dati della ricerca genetica vengono utilizzati in biochimica, medicina, biotecnologia, conservazione della natura e agricoltura. Si può dire che le scoperte e i metodi della genetica trovano applicazione in tutti gli ambiti dell'attività umana legati agli organismi viventi. Le leggi della genetica sono di grande importanza per spiegare tutti i processi della vita sulla Terra.

Il ruolo scientifico e pratico della genetica è determinato dall'importanza dell'oggetto del suo studio: ereditarietà e variabilità, cioè proprietà inerenti a tutti gli esseri viventi.

1. Cosa studia la scienza della genetica, quando e perché ha preso il nome?

2. Perché G. Mendel è considerato il "padre della genetica"?

3. Sostituisci le parole evidenziate con il termine.

I dati della scienza, che studia l’ereditarietà e la variabilità degli organismi, sono ormai ampiamente utilizzati in tutti i settori della biologia.

Le unità che assicurano il trasferimento delle proprietà ereditarie sono presenti in tutti gli organismi senza eccezioni.

4*. Descrivere il ruolo della conoscenza sugli acidi nucleici per lo sviluppo della genetica.

§ 18 Concetti di base della genetica La genetica studia due proprietà fondamentali degli organismi viventi: l'ereditarietà e la variabilità.

L'ereditarietà è la capacità degli organismi di trasmettere le loro caratteristiche e caratteristiche di sviluppo alla prole. Grazie a questa capacità tutti gli esseri viventi (piante, animali, funghi o batteri) conservano nei loro discendenti i tratti caratteristici della specie. Tale continuità delle proprietà ereditarie è assicurata dal trasferimento delle loro informazioni genetiche. I geni sono i portatori di informazioni ereditarie negli organismi.

Un gene è un'unità di informazione ereditaria che si manifesta come segno di un organismo.

Nell'argomento "Biosintesi delle proteine ​​in una cellula vivente" (§ 10), è stato notato che un gene funge da base per la costruzione di molecole proteiche, ma in genetica un gene agisce come portatore di un tratto in un organismo. Questa “dualità” di un gene diventa comprensibile se ricordiamo che la funzione più importante di una proteina in una cellula è enzimatica, cioè gestire le reazioni chimiche, a seguito delle quali si formano tutti i segni di un organismo. Questo "doppio" ruolo del gene può essere espresso dallo schema: gene - proteina - enzima - reazione chimica - segno dell'organismo.

Un gene è una sezione di una molecola di DNA (e in alcuni virus, di RNA) con un determinato insieme di nucleotidi. La sequenza di nucleotidi contiene informazioni genetiche sullo sviluppo delle caratteristiche di un organismo. Negli organismi superiori, i geni si trovano nel DNA dei cromosomi (questi sono i cosiddetti geni nucleari) e nel DNA contenuto negli organelli del citoplasma - mitocondri e cloroplasti (questi sono geni citoplasmatici).

In tutti gli organismi della stessa specie, ciascun gene si trova in un determinato luogo rispetto agli altri geni. La posizione di un gene su un tratto di DNA è chiamata locus. In diversi individui della stessa specie, ciascun gene ha diverse forme: alleli. Gli alleli contengono informazioni sull'una o sull'altra variante dello sviluppo di un tratto controllato da questo gene (ad esempio, il colore degli occhi). Le cellule di un organismo diploide contengono solitamente due alleli di ciascun gene, uno ricevuto dalla madre, l'altro dal padre. Qualsiasi cambiamento nella struttura di un gene porta alla comparsa di nuovi alleli di questo gene e ad un cambiamento nel tratto da esso controllato.

Gli organismi che portano alleli diversi (alternativi) dello stesso gene sugli stessi cromosomi (omologhi) sono chiamati eterozigoti, mentre gli organismi con gli stessi alleli su cromosomi omologhi sono chiamati omozigoti.

L'eterozigosità di solito garantisce una maggiore vitalità degli organismi, la loro buona adattabilità alle mutevoli condizioni ambientali e quindi è ampiamente rappresentata nelle popolazioni naturali di varie specie.

Un gene è una sezione di una molecola di DNA che determina la possibilità di sviluppare un particolare tratto. Tuttavia, lo sviluppo stesso di questa funzione dipende in gran parte dalle condizioni esterne.

L’insieme di tutti i geni (alleli) di un individuo è chiamato genotipo.

Il genotipo agisce come un unico sistema interagente di tutti gli elementi genetici che controllano la manifestazione di tutti i segni dell'organismo (sviluppo, struttura, attività vitale).

L’insieme di tutte le caratteristiche di un organismo è chiamato fenotipo. Il fenotipo si forma nel processo di interazione tra il genotipo e l'ambiente esterno. Non tutte le possibilità genotipiche di un organismo si realizzano nel fenotipo. Pertanto, il fenotipo è anche chiamato un caso speciale di manifestazione del genotipo in condizioni specifiche. Non esiste praticamente alcuna coincidenza completa del genotipo con il fenotipo. Non sempre un cambiamento nel genotipo è accompagnato da un cambiamento nel fenotipo e viceversa.

All'interno della stessa specie, tutti gli individui sono abbastanza simili tra loro. Ma in condizioni diverse, gli individui, anche con lo stesso genotipo, possono differire tra loro nella natura e nella forza della manifestazione delle loro caratteristiche (cioè nel fenotipo). A questo proposito, in genetica, viene utilizzato il concetto di norma di reazione, che denota la gamma (limiti) delle manifestazioni fenotipiche di un tratto in un individuo sotto l'influenza dell'ambiente esterno senza modificare il genotipo.

Il genotipo determina i limiti (intervallo) della norma della reazione dell'organismo, cioè le sue capacità genetiche, e il fenotipo implementa queste capacità nei segni.

Ogni organismo vive e si sviluppa in determinate condizioni ambientali, sperimentando l'azione di fattori esterni. Questi fattori (temperatura, luce, presenza di altri organismi, ecc.) possono manifestarsi nel fenotipo, cioè possono cambiare le dimensioni o le proprietà fisiologiche dell'organismo.

Pertanto, la manifestazione dei segni anche in organismi strettamente correlati può essere diversa. Queste differenze tra gli individui all’interno di una specie sono chiamate variabilità.

La variabilità è una proprietà degli organismi viventi di esistere in varie forme, fornendo loro la capacità di sopravvivere in condizioni ambientali mutevoli.

La variazione può essere causata dall'influenza di fattori ambientali che non influenzano i cambiamenti nel genotipo. La variabilità associata ai cambiamenti nel genotipo è accompagnata dalla comparsa di nuovi tratti e qualità ereditate dall'organismo. Ciò è particolarmente spesso osservato negli individui che sono apparsi a seguito dell'incrocio.

La variazione è una proprietà degli organismi, opposta all'ereditarietà.

Ma sia l’ereditarietà che la variabilità sono indissolubilmente legate. Garantiscono la continuità delle proprietà ereditarie e la capacità di adattarsi alle mutevoli nuove condizioni ambientali, provocando il progressivo sviluppo della vita.

Ereditarietà e variabilità sono inerenti a tutti gli organismi. La genetica, studiando i modelli di ereditarietà e variabilità, rivela metodi per gestire questi processi.

1. Cos'è un allele? Quali geni sono detti allelici?

2. Confrontare il ruolo dell'ereditarietà e della variabilità nella vita degli organismi.

3*. Eliminare le parole nelle frasi che distorcono la correttezza delle affermazioni.

Un gene come fattore ereditario e un'unità discreta di informazione genetica è localizzato nei cromosomi degli organelli.

Un genotipo è un singolo sistema di tutti i cromosomi e gli elementi genetici di una determinata cellula o organismo.

I limiti della norma di reazione sono determinati dal genotipo e dal fenotipo.

Un fenotipo è una raccolta di tratti e geni di un organismo.

§19 Gli esperimenti genetici di Mendel L'uomo ha sempre cercato di scoprire le modalità di trasmissione dei tratti.

Sulla base di molti anni di pratica, gli allevatori di talento hanno ottenuto esattamente le proprietà che volevano vedere in una nuova varietà vegetale (ad esempio meli, rose) o razze animali (colore del cavallo, forma del corpo del cane, colomba, lunghezza della coda del gallo, ecc.) .). Tuttavia, per molto tempo nessuno è stato in grado di spiegare come l'informazione genetica venga trasmessa dai genitori alla prole. Solo a metà del XIX secolo. nella città ceca di Brno, il monaco G. Mendel, grazie ad esperimenti genetici, ha risposto a questa domanda.

Mendel concepì bene le condizioni per condurre esperimenti genetici e scelse un oggetto di studio di grande successo: i piselli.

Mendel era appassionato di matematica, conosceva bene la teoria della probabilità, quindi capì che per l'affidabilità dei risultati è necessaria una grande quantità di materiale in studio e i piselli producono molti semi. Inoltre, il pisello è una pianta autoimpollinante, ha un fiore chiuso, che esclude l'ingresso accidentale di polline estraneo al suo interno. Ciò significa che le varietà di piselli uniscono individui con proprietà ereditarie omogenee ottenute nel processo di autoimpollinazione. La prole di un individuo autoimpollinato, ottenuta mediante selezione e successiva autoimpollinazione, è chiamata linea pura. Se, utilizzando una pinzetta, il polline di un fiore di una varietà viene trasferito sullo stigma di un fiore di un'altra varietà, allora è possibile, mediante impollinazione incrociata, ottenere una pianta con la combinazione di proprietà desiderate dal ricercatore . In questo caso si verificherà l'incrocio: l'unione come risultato del processo sessuale del materiale genetico di due cellule in una cellula. Un organismo con nuove proprietà ereditarie che si è sviluppato da una tale cellula è chiamato ibrido (latino hibrida - "miscela"). Incrociando in questo modo piante di due varietà con tratti contrastanti (Fig. 26), Mendel ha effettuato un resoconto accurato dell'eredità di questi tratti in un certo numero di generazioni.

Come risultato di molti anni di esperimenti preliminari, selezionò linee pure da molte varietà di piselli, che differivano per una serie di caratteristiche contrastanti.

Mendel scelse sette di questi tratti che hanno manifestazioni contrastanti nella prole: 1) colore del fiore (viola e bianco);

2) colore del seme (giallo e verde);

3) colorazione dei chicchi (verde e giallo);

4) superficie del seme (liscia e rugosa);

5) la forma dei chicchi (semplici e segmentati);

6) lunghezza dello stelo (lungo e corto);

7) la posizione dei fiori sullo stelo (ascellare e apicale).

Inizialmente studiò l'ereditarietà di una coppia di varianti contrastanti di un solo tratto.

Attraversamento, in cui i genitori differiscono in un tratto, Mendel chiamò monoibrido. Dopo aver studiato la manifestazione di un tratto distinto, le cui differenze vengono ereditate alternativamente, è passato allo studio della trasmissione di due tratti (incrocio diibrido), e poi di tre tratti (incrocio triibrido). Verificando le sue conclusioni attraverso numerosi esperimenti e contabilità quantitativa di tutti i tipi di ibridi ottenuti, e quindi analizzando attentamente i risultati, il ricercatore ha identificato modelli di ereditarietà dei tratti.

La prima legge di Mendel. Innanzitutto, sono stati condotti esperimenti sull'incrocio di piselli con fiori viola e bianchi. Mendel impollinava i fiori viola con il polline dei fiori bianchi e viceversa. Con un tale incrocio di due varietà geneticamente diverse, è stata ottenuta una progenie mista: ibridi di prima generazione.

Mendel scoprì che incrociando varietà di piselli con fiori viola e bianchi, tutte le piante della prima generazione risultarono essere le stesse (uniformi) - con fiori viola (Fig. 27).

Mendel ipotizzò ingegnosamente che ogni tratto ereditario fosse trasmesso da un proprio fattore (in seguito chiamato gene). Nelle linee pure di piselli, ogni genitore ha una caratteristica: il fiore è bianco o viola. Gli ibridi contengono contemporaneamente i segni di entrambi i genitori, ma solo uno di essi, il più “forte”, appare esteriormente. Chiamò un segno così "forte" dominante (lat. dominantis - "dominante") e "debole" - recessivo (lat. recessus - "rimozione"). Nel caso dei fiori di pisello viola e bianchi, il colore viola dei fiori si è rivelato il tratto dominante, mentre il colore bianco era il tratto recessivo.

Per designare i segni, Mendel introdusse il simbolismo delle lettere, utilizzato ancora oggi. Ha designato i geni dominanti in lettere maiuscole e i geni recessivi nelle stesse lettere minuscole dell'alfabeto latino. Quindi, ha designato il colore viola del fiore del pisello (tratto dominante) A e il colore bianco del fiore (tratto recessivo) - a. Ha designato i genitori P, l'incrocio - il segno "x" e gli ibridi della prima generazione - F,.

Considera il genotipo dei genitori in questo esperimento. Le varietà pure sono caratterizzate dall'omogeneità di geni accoppiati (allelici), cioè gli individui parentali (P) contenevano inclinazioni (geni allelici) di un solo tipo: recessivo (aa) o dominante (AA). Tali individui sono chiamati omozigoti (dal greco homos - "stesso" e "zigote"), e gli individui con diverse inclinazioni ereditarie (Aa) sono chiamati eterozigoti (dal greco heteros - "diverso" e "zigote").

Nelle piante con fiori bianchi entrambi i geni allelici sono recessivi, cioè sono omozigoti per il carattere recessivo (aa). Con l'autoimpollinazione, tale prole in tutte le generazioni successive avrà esclusivamente fiori bianchi. Le piante parentali con fiori viola portano gli stessi geni allelici: sono omozigoti per il tratto dominante (AA) e i loro discendenti saranno sempre viola. Quando si incrociano gli ibridi della prima generazione, ciascun allele riceve un gene da entrambi i genitori. Ma in tali ibridi appare solo il tratto dominante (fiori viola) e il tratto recessivo (fiori bianchi) è mascherato. Pertanto, tutti gli ibridi di prima generazione hanno lo stesso aspetto: viola.

La stessa regolarità è stata osservata anche negli esperimenti su altri tratti: in tutti gli ibridi della prima generazione appare solo un tratto dominante, e il secondo, recessivo, sembra scomparire. Mendel chiamò il modello rivelato la regola della dominanza, che ora è chiamata legge di uniformità degli ibridi di prima generazione o prima legge di Mendel.

La prima legge di Mendel afferma: quando si incrociano genitori di linee pure che differiscono per un tratto contrastante, tutti gli ibridi della prima generazione saranno uniformi e mostreranno il tratto di uno solo dei genitori.

Il gene dominante nello stato eterozigote non sempre maschera completamente il gene recessivo.

Ci sono casi in cui l'ibrido F (è di natura intermedia - con dominanza incompleta.

Ad esempio, quando si incrocia una bellezza notturna con fiori rossi (AA) e bianchi (aa) negli ibridi (F j), il colore dei fiori (Aa) era intermedio: rosa (dominanza incompleta). Questo tipo intermedio di ereditarietà dei tratti è spesso osservato negli animali (Fig. 28).

Seconda legge di Mendel. Dopo aver ricevuto i semi ibridi della prima generazione di piselli, Mendel li seminò di nuovo, ma ora non li riimpollinava. Come risultato dell'autoimpollinazione, le piante hanno prodotto semi di seconda generazione (F2). Tra questi c'erano piante con fiori viola (ce n'erano la maggior parte) e con fiori bianchi (circa un quarto delle piante).

Mendel scoprì che durante l'autoimpollinazione degli ibridi della prima generazione, i tratti dominanti e recessivi compaiono nella prole in varie combinazioni. Ciò è espresso nel genotipo come segue: uno omozigote per un carattere dominante (AA), due eterozigoti (Aa) e uno omozigote per un carattere recessivo (a a). Esternamente, cioè nel fenotipo, questo si manifesta così: tre individui con fiori viola e uno con fiori bianchi. Il fenomeno in cui, a seguito dell'incrocio di individui eterozigoti, la distribuzione dei tratti dominanti e recessivi nella prole avviene in un rapporto di 3: 1, è stato chiamato scissione da Mendel. Oggi questo fenomeno è chiamato legge di scissione o seconda legge di Mendel.

La seconda legge di Mendel afferma: quando due ibridi della prima generazione vengono incrociati tra loro, tra i loro discendenti - ibridi della seconda generazione - si osserva la scissione: il numero di individui con un tratto dominante è correlato al numero di individui con un tratto recessivo come 3: 1.

Secondo questa legge, gli ibridi della prima generazione danno la scissione: gli individui con tratti recessivi ricompaiono nella loro prole, costituendo circa un quarto del numero totale della prole.

La legge della scissione è comune a tutti gli organismi viventi.

Mendel spiegò la divisione dei tratti nella prole quando gli individui eterozigoti furono incrociati con il fatto che nelle loro cellule germinali (gameti) c'è solo un deposito (gene) di una coppia allelica, che si comporta come indipendente e intero.

Mendel chiamò questo fenomeno la purezza dei gameti, sebbene non sapesse perché ciò accadesse. E questo è comprensibile: ai suoi tempi non si sapeva nulla né della mitosi né della meiosi. È stato ora stabilito che a causa della meiosi, nei gameti si forma un set aploide (singolo) di cromosomi spaiati e in essi si trovano geni dominanti o recessivi.

1. Spiegare l'essenza della prima legge di Mendel.

2. Formulare la seconda legge di Mendel.

3*. Qual è la differenza tra F;

da F2 in un incrocio monoibrido?

4*. Perché gli alleli sono sempre accoppiati?

§ 20 Attraversamento diibrido. La terza legge di Mendel Dopo aver stabilito la legge della scissione usando l'esempio degli incroci monoibridi, Mendel iniziò a scoprire come si comportano le coppie di tratti alternativi di un gene. Dopotutto, gli organismi differiscono l'uno dall'altro non in uno, ma in molti modi.

Per stabilire il meccanismo di ereditarietà di due coppie di tratti alternativi, ha condotto una serie di esperimenti sull'incrocio diibrido. Per gli esperimenti, come pianta madre sono stati presi piselli con semi gialli lisci e come pianta padre semi verdi rugosi. Nella prima pianta entrambi i caratteri erano dominanti (AB), mentre nella seconda entrambi i caratteri erano recessivi (ab).

Come risultato dell'incrocio, secondo la legge della dominanza dei tratti, negli ibridi di prima generazione (F j), tutti i semi si sono rivelati lisci e gialli. L'anno successivo, da questi semi crebbero piante, nei cui fiori avvenne l'autoimpollinazione. Nelle piante ottenute in questo modo (seconda generazione - F 2), si verificò una divisione dei caratteri e, insieme a quelli parentali (semi gialli lisci e verdi rugosi), ne apparvero di completamente nuovi: semi gialli rugosi e verdi lisci.

Si è scoperto che gli eterozigoti per due coppie di geni allelici formano quattro tipi di gameti in quantità uguali (AB, Ab, aB, ab). In due di essi, i geni sono nella stessa combinazione dei genitori, e negli altri due - in nuove combinazioni o ricombinazioni. Il rapporto tra le forme genotipiche degli ibridi F2 (Fig. 29) può essere stabilito utilizzando il reticolo Punnett, dal nome di uno dei più importanti genetisti inglesi dell'inizio del XX secolo, che propose questo metodo. Nella griglia sono scritti orizzontalmente e verticalmente i geni allelici dei gameti dei genitori e, combinandoli, si ottengono nelle finestre i genotipi dei discendenti.

L'identificazione di questi modelli è possibile solo con una quantità molto grande di materiale sperimentale, quindi Mendel, studiando la suddivisione dei semi in base alla forma dei semi, ha studiato 7324 piselli, in base al colore - piselli, e in base al colore base del colore - 556.

Nell'incrocio diibrido in esame, i semi ibridi (556 pezzi) della seconda generazione (F2) si dividono nel seguente rapporto: 315 gialli lisci, 108 verdi lisci, 101 gialli rugosi e 32 verdi rugosi. Questa distribuzione dei piselli ha mostrato che 3/4 di essi sono gialli e 1/4 sono verdi. Dei semi gialli, 3/4 erano lisci e 1/4 rugosi. Nei verdi è stato osservato lo stesso rapporto: 3/4 lisci e 1/4 rugosi. In tutti i casi, i risultati hanno mostrato un rapporto di 3:1.

Esperimenti sull'incrocio diibrido hanno mostrato che la scissione di una coppia di tratti (giallo e verde) non è affatto correlata alla scissione dell'altra coppia (forma liscia e rugosa). Ciò significa che due paia di tratti vengono ridistribuiti indipendentemente l'uno dall'altro durante la trasmissione di generazione in generazione. Allo stesso tempo, i semi degli ibridi F2 erano caratterizzati non solo da combinazioni parentali di tratti, ma anche da ricombinazioni (nuove combinazioni).

Analizzando i risultati dell'incrocio diibrido, Mendel concluse:

la scissione in entrambe le coppie di caratteristiche contrastanti (alternative) avviene indipendentemente l'una dall'altra. Questo fenomeno riflette l'essenza della terza legge di Mendel: la legge dell'ereditarietà indipendente (combinazione) dei tratti.

La terza legge di Mendel afferma che ciascuna coppia di tratti contrastanti (alternativi) viene ereditata indipendentemente l'una dall'altra in un certo numero di generazioni;

di conseguenza, tra gli ibridi della seconda generazione, i discendenti con nuove combinazioni di caratteri compaiono nel rapporto di 9:3:3:1.

La legge dell'ereditarietà indipendente dei tratti conferma ancora una volta la discrezione di qualsiasi gene. Questa proprietà dei geni di essere portatori di un tratto ereditario si manifesta sia nella combinazione indipendente di alleli di geni diversi, sia nella loro azione indipendente - nell'espressione fenotipica. La distribuzione indipendente dei geni può essere spiegata dal comportamento dei cromosomi durante la meiosi. Durante la meiosi, le coppie di cromosomi omologhi, e con essi i geni accoppiati, vengono ridistribuiti e divergono in gameti indipendentemente l'uno dall'altro.

Per verificare la correttezza delle sue conclusioni, Mendel condusse esperimenti in cui verificò se gli alleli recessivi del gene non fossero realmente scomparsi, ma fossero solo mascherati dagli alleli dominanti del gene. Mendel condusse uno studio di verifica in tutti i casi di incroci sia monoibridi che diibridi.

Supponiamo che gli individui con genotipi AA e Aa abbiano lo stesso fenotipo.

Quindi, incrociando con un individuo che è recessivo per questo carattere e ha il genotipo aa, si ottengono i seguenti risultati:

Nel primo caso, gli individui omozigoti per il gene dominante (AA) non danno la scissione F1, e nell'altro caso, gli individui eterozigoti (Aa) quando si incrociano con un individuo omozigote danno la scissione già in F1.

Risultati simili sono stati ottenuti analizzando (testando) l'incrocio e per due coppie di alleli:

L'incrocio di un individuo di genotipo indeterminato con un individuo omozigote per alleli recessivi è chiamato incrocio analizzante (Fig. 30). Tale incrocio viene effettuato per determinare il genotipo di un individuo. L'analisi non è solo di interesse teorico, ma anche di grande importanza nel lavoro di allevamento.

1. Spiegare l'essenza della legge di scissione (seconda legge di Mendel).

2*. Perché il fenomeno dell'ereditarietà indipendente dei tratti si riscontra solo negli ibridi di seconda generazione (F2)?

3. Nominare i genotipi e i fenotipi degli ibridi della prima generazione di incroci diibridi (F j). Scrivili usando il reticolo di Punnett.

4*. Perché gli individui omozigoti per gli alleli dominanti non vengono utilizzati nell'analisi degli incroci per identificare il genotipo?

Lavoro di laboratorio n. 3 (vedi Appendice c. § 21 Eredità collegata di geni e incrocio All'inizio del XX secolo, quando i genetisti iniziarono a condurre numerosi esperimenti sull'incrocio su un'ampia varietà di oggetti (mais, pomodori, topi, frutta mosche, polli, ecc.), si è scoperto che i modelli stabiliti da Mendel non sempre si manifestano. Ad esempio, la dominanza non è osservata in tutte le coppie di alleli. Invece, si formano genotipi intermedi a cui partecipano entrambi gli alleli. Molte coppie di geni si trovano anche che non obbediscono alla legge dell'ereditarietà indipendente dei geni, soprattutto se una coppia di geni allelici si trova sullo stesso cromosoma, cioè i geni sono, per così dire, collegati tra loro.

Tali geni sono chiamati collegati.

Il meccanismo di ereditarietà dei geni collegati, così come la posizione di alcuni geni collegati, è stato stabilito dal genetista ed embriologo americano T. Morgan. Egli dimostrò che la legge dell'ereditarietà indipendente formulata da Mendel è valida solo nei casi in cui geni portatori di tratti indipendenti sono localizzati su cromosomi diversi non omologhi. Se i geni si trovano sullo stesso cromosoma, l'ereditarietà dei tratti avviene congiuntamente, cioè

collegato. Questo fenomeno venne chiamato eredità concatenata, così come legge del collegamento o legge di Morgan.

La legge del linkage afferma che i geni collegati situati sullo stesso cromosoma vengono ereditati insieme (collegati).

Esistono molti esempi noti di eredità concatenata di geni. Nel mais, ad esempio, il colore dei semi e la natura della loro superficie (liscia o rugosa), legati tra loro, vengono ereditati insieme. Nel pisello odoroso (Lathyrus odoratus), il colore del fiore e la forma del polline vengono ereditati in modo collegato.

Tutti i geni di un cromosoma formano un unico complesso: un gruppo di collegamento.

Di solito cadono in una cellula sessuale: il gamete e vengono ereditati insieme.

Pertanto, i geni inclusi nel gruppo di collegamento non obbediscono alla terza legge di Mendel sull'ereditarietà indipendente. Tuttavia, il collegamento completo dei geni è raro. Se i geni si trovano vicini l'uno all'altro, la probabilità di incrocio cromosomico è piccola e possono rimanere sullo stesso cromosoma per lungo tempo e quindi verranno ereditati insieme. Se la distanza tra due geni su un cromosoma è grande, allora c'è un'alta probabilità che possano disperdersi lungo diversi cromosomi omologhi. In questo caso, i geni obbediscono alla legge dell'ereditarietà indipendente.

Pertanto, la terza legge di Mendel riflette un fenomeno frequente, ma non assoluto, nell'ereditarietà dei tratti.

La prova principale della trasmissione dell'ereditarietà è stata ottenuta negli esperimenti di Morgan e dei suoi collaboratori.

Nei suoi esperimenti, Morgan preferiva la mosca della frutta Drosophila (Drosophila melanogaster). E finora è l'oggetto preferito di ricerca di genetisti. La Drosophila può essere allevata molto facilmente e rapidamente in laboratorio e, soprattutto, è molto conveniente per l'analisi ibrida a causa dei numerosi tratti elementari che possono essere facilmente presi in considerazione. Allo stato attuale, il suo genotipo è stato decifrato, sono state create mappe dettagliate dei gruppi di collegamento genetico nei cromosomi (la Drosophila ha solo 4 paia di cromosomi). Molte disposizioni della teoria cromosomica dell'ereditarietà e delle proprietà del gene sono state determinate da T. Morgan sulla base di esperimenti con la Drosophila. T. Morgan è considerato il creatore della teoria cromosomica dell'ereditarietà.

Attraversando. Morgan, studiando l'ereditarietà dei tratti legati al sesso, scoprì la disposizione lineare dei geni su un cromosoma, formulò la dottrina del gene come portatore elementare di informazioni ereditarie e sviluppò un metodo per costruire mappe genetiche dei cromosomi. Stabilì anche il ruolo genetico della meiosi e scoprì il fenomeno del crossover. Il crossover è stato scoperto per la prima volta nello studio dell'eredità concatenata di tratti causati da geni situati sullo stesso cromosoma. Durante gli esperimenti è apparso un piccolo numero di individui con tratti ricombinati.

In questo caso, uno dei geni precedentemente collegati si è rivelato essere in un cromosoma e il secondo in un altro, omologo, poiché i cromosomi si sono sovrapposti e hanno scambiato le loro sezioni. Questo fenomeno è stato chiamato crossover (vedi Fig. 24).

Ricordiamo che il crossover avviene alla fine della profase I della meiosi. Nel processo di meiosi, i cromosomi omologhi, prima di disperdersi in nuclei diversi, si allineano l'uno contro l'altro, si coniugano (si collegano), si intersecano, si scambiano siti. Quanto più distanti sono i geni sul cromosoma, tanto maggiore è la probabilità che si "separano" durante l'incrocio. Quanto più vicini sono i loro posti sul cromosoma, tanto più forti sono legati. Come risultato della rottura e della connessione in un nuovo ordine di filamenti di DNA nei cromosomi omologhi, le loro sezioni vengono scambiate reciprocamente. I geni precedentemente collegati possono essere separati e viceversa. Di conseguenza, vengono create nuove combinazioni di alleli di geni diversi, i geni allelici vengono riorganizzati e compaiono nuovi genotipi.

Il crossover può verificarsi su qualsiasi cromosoma. I geni che fanno parte dei gruppi di collegamento nei cromosomi degli individui genitori, a seguito dell'incrocio, si separano, formano nuove combinazioni e in una forma così nuova entrano nei gameti.

La progenie di tali gameti possiede una nuova combinazione di geni allelici, che è la fonte della variabilità genetica osservata nelle popolazioni.

Il crossover è un'importante fonte dell'emergere di nuove combinazioni di geni nei genotipi degli individui e dell'emergere della variabilità dei tratti.

Il crossover gioca un ruolo importante nell'evoluzione, poiché contribuisce all'emergere della variabilità ereditaria. Ricombinando i geni, crea la possibilità di selezionare singoli geni, piuttosto che le loro combinazioni. Ad esempio, sul cromosoma possono essere presenti contemporaneamente geni benefici e dannosi per l'organismo. Grazie al crossover, nuovi riarrangiamenti di geni, poi sottoposti a selezione, possono portare alla scomparsa di geni dannosi e alla conservazione di quelli benefici, il che fornirà un vantaggio per l'esistenza di un individuo con tale genotipo nell'ambiente. Nuovi genotipi sorti a seguito dell'incrocio, in combinazione con l'azione della selezione naturale, possono dare una nuova direzione nella manifestazione delle proprietà degli organismi viventi, fornendo loro una maggiore adattabilità alle condizioni ambientali.

1. Formulare la legge di Morgan.

2*. In che modo il crossover interrompe il collegamento genetico?

3*. Rimuovi la parola in più che distorce la correttezza dell'affermazione e completa l'affermazione con la parola giusta.

Legati sono i geni che si trovano nello stesso genotipo.

4. Sostituisci le parole evidenziate con il termine.

La fonte della comparsa di nuove combinazioni nei genotipi degli individui garantisce l'emergere della variabilità ereditaria.

§ 22 Interazione dei geni e loro azione multipla Un gene è un'unità strutturale di informazione ereditaria. Materialmente un gene è rappresentato da un tratto di una molecola di DNA (in rari casi RNA). I geni controllano i tratti elementari nel processo di sviluppo individuale di un organismo. I primi studi sulla natura del gene, condotti all'inizio del XX secolo, miravano principalmente a chiarire il ruolo del gene nella trasmissione dei caratteri ereditari. Un compito altrettanto importante era quello di decifrare i modelli di azione dei geni. La sua soluzione non ha solo un significato teorico ma anche pratico, poiché eviterà le possibili conseguenze dannose di questa azione.

Gli studi genetici hanno stabilito la natura discreta dei geni, confermata dalla loro ereditarietà indipendente: ciascuno dei geni determina lo sviluppo di alcuni tratti indipendentemente dagli altri. Tuttavia, esistono diversi tipi di interazione tra geni diversi, a causa di relazioni complesse tra geni allelici e non allelici.

Combinandosi nel genotipo, agiscono tutti insieme come un sistema di geni individuali interagenti.

Tra le interazioni dei geni, si dovrebbero nominare innanzitutto le relazioni di dominanza e recessività, quando l'allele recessivo del gene sotto l'influenza dell'allele dominante non appare nel fenotipo. Inoltre, ci sono fatti che dimostrano che i geni influenzano la manifestazione delle azioni di altri geni non allelici. Vengono anche descritti casi in cui lo sviluppo dell'uno o dell'altro tratto di un organismo è controllato non da uno, ma da molti geni. Ad esempio, negli esseri umani, almeno quattro geni determinano la differenza nel colore della pelle tra i rappresentanti delle razze negroide e caucasica.

Tra gli uomini, occasionalmente (1:20.000-1:40.000) si trovano gli albini (lat. a / bus - “bianco”): hanno i capelli bianchi, la pelle chiarissima, l'iride rosa o azzurra. Queste persone sono omozigoti per il gene recessivo a, il cui allele dominante è responsabile della produzione del pigmento melanina nel corpo. Con l'aiuto della melanina, la pelle, i capelli e gli occhi di una persona acquisiscono colore. Pertanto, l'allele dominante A di questo gene è spesso chiamato gene della pigmentazione normale. Ma si scopre che negli esseri umani la sintesi e la distribuzione della melanina dipendono da una serie di altri geni situati in altri loci.

In alcune persone, il gene F dominante provoca un accumulo irregolare di melanina, causando le lentiggini, mentre un altro gene P dominante causa disturbi della pigmentazione, lasciando ampie aree della pelle chiare e non pigmentate. Un certo numero di geni situati in altri loci influenzano la quantità di melanina nel corpo umano, fornendo diverse tonalità di colore della pelle, dei capelli e degli occhi.

Esistono molti esempi che dimostrano che il grado di sviluppo di uno stesso tratto è dovuto all'influenza di un numero di geni che si manifestano in modo simile. Diversi geni non allelici, per così dire, duplicano le reciproche azioni nella manifestazione di questo tratto. Queste interazioni di geni sono chiamate polimeri (dal greco polysyllabicità) e i geni stessi sono chiamati polimerici.

Secondo il tipo di polimero, il colore della pelle umana, l'altezza della pianta, la quantità di proteine ​​nell'endosperma dei semi, il contenuto di vitamine nei frutti, il contenuto di zucchero nelle radici di barbabietola da zucchero, la velocità delle reazioni biochimiche nelle cellule, il tasso di crescita e il peso degli animali, la produzione di uova delle galline, la mungitura delle mucche e altri segni importanti e utili del corpo.

I tratti fenotipici di un organismo sono solitamente determinati dall'interazione di molti geni allelici e non allelici che agiscono nella stessa direzione. Tuttavia, non è raro che lo stesso gene causi diversi tratti. Questo fenomeno è chiamato azione genetica multipla.

In una pianta orticola, il gene ibrido responsabile del colore rosso del fiore determina contemporaneamente la tonalità viola delle foglie, l'allungamento dello stelo e il grande peso dei semi. In tutte le piante da fiore, i geni che forniscono la colorazione rossa (antociani) dei fiori controllano contemporaneamente il colore rosso dello stelo nel germoglio. Nel moscerino della frutta Drosophila, il gene che determina l'assenza di pigmento negli occhi influenza il colore di alcuni organi interni, provoca una diminuzione della fertilità e riduce la durata della vita di un individuo. Nel Pakistan occidentale sono stati trovati portatori dello stesso gene, che determinano l'assenza sia di ghiandole sudoripare in alcune parti del corpo che di alcuni denti.

Il polimerismo, così come l'azione multipla di un gene e dei suoi alleli, indicano che la relazione tra i geni e la manifestazione dei tratti è piuttosto complessa. Dipendono dalla combinazione di geni allelici e non allelici, dalla loro posizione nei cromosomi, dal loro comportamento nelle mutazioni e da molti altri fattori. Pertanto l'espressione “un gene determina la manifestazione di un tratto”

abbastanza condizionale.

La manifestazione di una caratteristica e l'azione stessa di un gene dipendono sempre da altri geni, dall'intero genotipo, cioè dall'ambiente genotipico.

Il concetto di ambiente genotipico è stato introdotto nella scienza dallo scienziato domestico S.S.

Chetverikov nel 1926 per designare un complesso di geni che influenzano l'incarnazione nel fenotipo di un particolare gene o gruppo di geni. L'ambiente genotipico è l'intero genotipo contro il quale agiscono i geni. Inoltre, ciascun gene sarà realizzato diversamente a seconda dell'ambiente genotipico in cui si trova.

Considerando l'azione di un gene, dei suoi alleli, è necessario tenere conto non solo dell'ambiente genotipico che influenza l'interazione dei geni, ma anche dell'impatto dell'ambiente in cui si sviluppa l'organismo.

Il grado di manifestazione di un tratto, cioè le sue caratteristiche quantitative, dipende dall'ambiente esterno. Ad esempio, la Drosophila, omozigote per l'allele recessivo, ha nel fenotipo ali piccole (rudimentali). Più contrastante (più pronunciato) questa caratteristica si manifesta se questa mosca si sviluppa a bassa temperatura. Questo esempio mostra che la manifestazione di un tratto (fenotipo) è il risultato dell'interazione dei geni nelle condizioni specifiche dell'esistenza di un organismo.

Tutti i segni di un organismo (fenotipo) si sviluppano nel processo di interazione tra il genotipo e l'ambiente.

Solo con l'influenza simultanea dell'ereditarietà (genotipo) e dell'ambiente compaiono i segni dell'organismo (fenotipo). La capacità del genotipo di realizzarsi in modo speciale (in modi diversi) in varie condizioni ambientali e di rispondere alle mutevoli condizioni offre all'organismo l'opportunità di esistere nell'ambiente, la sua vitalità e sviluppo.

1. In cosa differisce l'interazione dei geni dalla loro azione multipla?

2*. Spiegare i concetti di "ambiente genotipico" e "ambiente esterno".

3. Sostituisci le parole evidenziate con il termine.

Le interazioni dei geni, così come le loro azioni ambigue, portano alla conclusione che la relazione tra geni e tratti è piuttosto complessa.

4*. Completa la frase scegliendo le parole corrette.

Le azioni duplicate di diversi geni nella manifestazione di questo tratto sono chiamate:

a) frizione;

c) eredità;

b) polimero;

d) azione multipla.

§ 23 Determinazione del sesso ed ereditarietà dei tratti legati al sesso La maggior parte delle prove a favore della teoria cromosomica dell'ereditarietà di Morgan provengono da esperimenti con la Drosophila. Un attento esame citologico delle cellule di questa mosca ha contribuito a rilevare le differenze tra i cromosomi di maschi e femmine. Questa scoperta ha gettato le basi per risolvere una questione importante: quali meccanismi determinano il sesso degli individui, cioè le loro differenze più profonde che influenzano lo sviluppo di molte caratteristiche e organi direttamente collegati alla riproduzione sessuale?

Si è scoperto che le cellule della Drosophila hanno quattro paia di cromosomi. Di questi, tre paia sono uguali per entrambi i sessi e la quarta coppia è costituita da cromosomi che differiscono nell'aspetto. Le femmine della quarta coppia hanno due cromosomi diritti, mentre i maschi ne hanno uno dritto e uno curvo. I cromosomi diritti sono chiamati cromosomi X (cromosomi X) e curvi - cromosomi Y (cromosomi Y). Una coppia di cromosomi diversi che non sono uguali nei maschi e nelle femmine sono chiamati cromosomi sessuali (X e Y). Tutti i cromosomi identici nell'aspetto nelle cellule degli organismi dioici, ad eccezione dei cromosomi sessuali, sono chiamati autosomi (dal greco autos - "sé" e soma - "corpo") o cromosomi non sessuali (A). L'aspetto dei cromosomi di un maschio e di una femmina di Drosophila è mostrato nella Figura 31. Il numero totale, la dimensione e la forma dei cromosomi caratteristici di un particolare tipo di organismo è chiamato cariotipo (dal greco karyon - "nucleo" e errori di battitura - " forma", "campione").

Tutte le uova (gameti femminili) di Drosophila nel set aploide (nel genoma) contengono quattro cromosomi, di cui uno è il cromosoma X. Anche gli spermatozoi (gameti maschili) hanno quattro cromosomi, ma tra questi, metà degli spermatozoi porta il cromosoma X e l'altra metà il cromosoma Y.

La fecondazione di qualsiasi ovulo con uno spermatozoo contenente il cromosoma X dà origine a uno zigote femminile XX. Ma se la fecondazione dell'uovo viene effettuata da uno spermatozoo contenente un cromosoma Y, appare uno zigote di tipo maschile XY (Fig. 32).

Un modo simile di determinare il sesso è inerente a tutti i mammiferi, compreso l'uomo.

Il sesso della prole è determinato dal tipo di sperma che feconda l'ovulo.

Numerosi studi su cellule vegetali, animali e umane hanno confermato la presenza di cromosomi sessuali maschili e femminili.

Ci sono 46 cromosomi in tutte le cellule somatiche (cellule del corpo). Nelle donne sono rappresentati da 22 paia di autosomi (non sessuali) e una coppia di cromosomi sessuali XX, mentre negli uomini sono 22 paia di autosomi e una coppia di cromosomi sessuali XY (Fig. 33).

Come tutti gli organismi, nell'uomo, le cellule germinali (uovo e spermatozoo) hanno un insieme aploide di cromosomi, formato nel processo di riduzione della divisione nella meiosi. Pertanto, ogni uovo ha 22 autosomi e un cromosoma X. Anche gli spermatozoi hanno un corredo cromosomico aploide, ma metà degli spermatozoi in una cellula, oltre a 22 autosomi, ha un cromosoma X e l'altra metà ha 22 autosomi e un cromosoma Y.

Durante la fecondazione, dopo che uno spermatozoo con un cromosoma Y entra nell'uovo, si forma uno zigote (X Y), da cui si sviluppa un ragazzo, e se penetra uno spermatozoo con un cromosoma X, da tale zigote (XX) si sviluppa una ragazza. I cromosomi X e Y danno inizio a un'intera catena di eventi che porterà alla soppressione dei segni dell'uno e alla manifestazione dei segni dell'altro sesso.

Il sesso di una persona è controllato geneticamente dai geni dei cromosomi sessuali X e Y.

Una femmina (XX) ha sempre un cromosoma X da suo padre e un cromosoma X da sua madre. Un maschio (XY) ha un cromosoma X solo da sua madre. Ciò è dovuto alla particolarità dell'eredità dei geni situati sui cromosomi sessuali. Negli esseri umani, il cromosoma Y svolge un ruolo decisivo nella determinazione del sesso.

Ogni persona eredita dai suoi genitori la forma del corpo, il gruppo sanguigno, il colore della pelle e degli occhi, l'attività biochimica delle cellule e molto altro ancora. Allo stesso tempo, l'eredità di una persona, come tutti gli altri organismi, nella manifestazione dei segni segue in gran parte le leggi mendeliane. Esempi di ereditarietà di alcuni tratti umani sono mostrati nella Tabella 1.