Искусственный и естественный отбор. Энергетический обмен клетки

Реферат

Основное значение энергетического обмена в том, что при разрушении сложных органических веществ высвобождается энергия, необходимая для реакций биосинтеза. Источником энергии в живых клетках, обеспечивающим все виды их деятельности, является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ).

Освобождающаяся при расщеплении АТФ энергия обеспечивает любые виды клеточных функций — движение, биосинтез, перенос веществ через мембраны и др. А поскольку без всех этих функций жизнедеятельность клетки невозможна, то невозможна и жизнедеятельность любого организма.

Цель данной работы – показать специфику искусственного и естественного отборов. Также будет рассмотрен вопрос, касающийся энергетического обмена клетки.

1. Искусственный отбор.

сознательным

Многовековой практикой искусственного отбора были выведены многие ценные формы. В частности, к серединеXIX в. в сельскохозяйственной практике зарегистрировано более 300 сортов пшеницы, в пустынях Северной Африки возделывалось 38 разновидностей финиковой пальмы, в Полинезии — 24 формы хлебного дерева и столько же сортов банана, в Китае — 63 сорта бамбука. Винограда насчитывалось около 1000 сортов, крыжовника — более 300, около 400 пород крупного рогатого скота, 250 пород овец, 350 пород собак, 150 пород голубей, много ценных пород кроликов, кур, уток и др. Сторонники постоянства видов считали, что каждый такой сорт или порода ведет начало от своего прямого предка. Однако Ч. Дарвин доказал, что источник многообразия пород животных и сортов культурных растений — один или небольшое число диких предков, потомки которых были преобразованы человеком в разных направлениях сообразно его хозяйственным целям, вкусам и интересам. При этом селекционер использовал присущую отбираемым формам наследственную изменчивость.

определенной, или групповой, изменчивости

соотносительной

Так как признаки, усиленные с помощью искусственного отбора, по большей части не представляют каких-либо преимуществ для самого животного или даже могут быть прямо вредны для него при естественной обстановке, то предоставленные самим себе такие искусственные породы могут быстро утрачивать более или менее свои особенности: нет ничего, что содействовало бы их сохранению.

2. Естественный отбор

три формы борьбы за существование

внутривидовую —

межвидовую —

борьбу живых организмов с факторами неживой природы —

В результате всех этих сложных взаимоотношений множество организмов погибает либо, будучи ослабленными, не оставляет потомства. Выживают особи, обладающие хотя бы минимальными полезными изменениями. Приспособительные признаки и свойства возникают не сразу, они накапливаются естественным отбором из поколения в поколение, что приводит к тому, что потомки отличаются от своих предков на видовом и более высоком систематическом уровне.

13 стр., 6489 слов

Доверенность: форма, содержание, виды

... в себя изучение оснований возникновения правоотношений представительства и саму доверенность в качестве правоотношения представительства; - определение сущности доверенности, обусловленное анализом понятия, основных признаков доверенности и её видов, формы доверенности, а передоверие и прекращение доверенности; - выявление прикладных ...

интенсивным размножением

Гибель большей части родившихся организмов происходит по разным причинам: хищник уничтожает травоядных животных, последние в свою очередь поедают тысячи луговых растений, многие растения погибают от засухи или от мороза или уничтожаются насекомыми, а сами насекомые поедаются насекомоядными птицами. Масса животных и растительных организмов гибнет или ослабляется под влиянием паразитов и болезней.

Смысл дарвиновского представления о борьбе за существование и о выживании наиболее приспособленных можно пояснить таким примером. Взрослая лягушка-бык откладывает около 15 тыс. икринок в год, сохраняя эту интенсивность размножения в течение пяти лет, следовательно, теоретически одна самка может произвести на свет 75 тыс. лягушек, но в действительности из отложенных икринок доживают до взрослого состояния в среднем две взрослые лягушки. Большая часть молоди, едва вылупившись, становится жертвой рыб, птиц, змей, млекопитающих; часть из них гибнет от голода, часть — от болезней, паразитов. Когда выжившие головастики превращаются в лягушек и выползают на сушу, их там подстерегают хищные птицы. К тому времени, когда лягушки достигнут половой зрелости, т. е. через 3—5 лет, число сохранившихся особей резко уменьшается. Но можно не сомневаться в том, что выжившие лягушки — действительно отборные экземпляры. Их выживание не было случайным, это было выживание наиболее приспособленных. Только самые быстрые и ловкие головастики спаслись от хищников в воде; те, что плавали медленнее, оказались добычей врагов. Смогли выжить лишь те особи, которые первыми разыскали и схватили пищу (остальные погибли от голода), а также наиболее крепкие, устойчивые к болезням. Наконец, сохранились только те экземпляры, которые первыми спрятались, заметив надвигающуюся опасность, остальных уничтожили хищники.

В борьбе за существование не всегда выживают наиболее сильные и самые ловкие: черепаха и медлительна, и неуклюжа, но прочный панцирь — надежная защита от хищников; многие паразиты с упрощенным строением поселяются в организме животного или растения, к которому они хорошо приспособлены. Параллельное существование как высших, так и низших форм органической жизни получило логическое объяснение в теории Дарвина — как результат действия естественного отбора, сохраняющего наиболее приспособленных: не пренебрегая в ряде случаев примитивностью организации, природа достигает биологического прогресса (чаще наблюдается усложнение организмов, гораздо реже — упрощение).

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

3. Половой отбор.

4. Сходства и различия между естественным и искусственным отбором.

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

Таблица 1.

Показатели Искусственный отбор Естественный отбор
Исходный материал для отбора Индивидуальные признаки организма Индивидуальные признаки организма
Отбирающий фактор Человек Условия среды (живая и неживая природа)
Путь изменений:
благоприятных Отбираются, становятся производительными Остаются, накаплива-ются, передаются по наследству
неблагоприятных Отбираются, бракуются, уничтожаются Уничтожаются в борьбе за существование
Характер действия Творческий — нап-равленное накопление признаков на пользу человека Творческий — отбор приспособительных при знаков на пользу особи, популяции, вида, приво-дящий к возникновению новых форм
Результат отбора Новые сорта растений, породы животных, штам-мы микроорганизмов

Новые виды

Формы отбора

Массовый; индивидуальный; бессознательный (стихийный);

методический (сознательный)

Движущий, поддерживающий укло-нения в изменяющихся условиях среды;

стабилизирующий.

поддерживающий посто-янство средней нормы реакции при неизменных условиях среды

Таблица. 2

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

Из таблиц видно, что если естественный отбор ведет к эволюции видов в природе, к приспособленности особей вида к условиям окружающей среды, то отбор, производимый человеком, не является формой биологической эволюции. Например, можно сказать, что сорта растений и породы животных исключены из эволюции (в этом случае речь идет только об эволюции породы или сорта), так как, находясь под постоянной зашитой человека, они не вступают в борьбу за существование, или ее действие в значительной степени снижено. В результате особи различных культурных растений и пород животных оказываются приспособлены не столько к условиям окружающей среды, сколько к нуждам и потребностям человека. И если по каким-либо причинам сорта или породы оказываются без защиты человека, то они либо быстро гибнут, не выдерживая конкуренции со своими дикими сородичами, либо утрачивают сортовые и породные качества (вырождаются).

Вместе с тем не следует и противопоставлять искусственный отбор естественному, так как последний очень часто подправляет творческую деятельность человека. Как бы человек ни заботился о сортах и породах, многие из них все же подвергаются воздействию абиотических и биотических факторов среды, что в конечном итоге повышает их жизнеспособность.

5. Энергетический обмен клетки.

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

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

Источником энергии в живых клетках, обеспечивающим все виды их деятельности, является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ).

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

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

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

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

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

Подготовительный, Бескислородный или неполный

С 6 Н12 О6 +2Н3 РО4 +2АДФ =2С3 Н6 О3 +2АТФ+2Н2 О

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

У растительных клеток и у некоторых дрожжевых грибов распад глюкозы осуществляется путем спиртового брожения. Спиртовое брожение, как и гликолиз, представляет длинный ряд ферментативных реакций, причем большая часть реакций гликолиза и спиртового брожения полностью совпадают, и только на самых последних этапах есть некоторые различия. В ряде промежуточных реакций спиртового брожения, как и при гликолизе, принимают участие Н 3 РО4 и АДФ. Конечными продуктами спиртового брожения являются двуокись углерода, этиловый спирт, АТФ и вода. Суммарное уравнение спиртового брожения следует записать так:

С 6 Н12 О6 +2Н3 РО4 +2АДФ = 2СО2 +2С2 Н5 ОН+2АТФ+2Н2 О

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

С 6 Н12 О6 +6О2 = 6СО2 +6Н2 О

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

Так как синтез АТФ представляет эндотермический процесс, то, очевидно, энергия для синтеза АТФ черпается за счет энергии реакций бескислородного расщепления глюкозы. Следовательно, энергия, освобождающаяся в ходе реакций гликолиза, не вся переходит в тепло. Часть ее идет на синтез двух богатых энергией фосфатных связей.

Произведем несложный расчет: всего в ходе бескислородного расщепления грамм-молекулы глюкозы, освобождается 200 кдж (50 ккал).

На образование одной связи, богатой энергией, при превращении грамм-молекулы АДФ и АТФ затрачивается 40 кдж (10 ккал).

В ходе бескислородного расщепления образуются две такие связи. Таким образом, в энергию двух грамм-молекул АТФ переходит 2Х40=80 кдж (2Х10=20 ккал).

Итак, из 200 кдж (50 ккал) только 80 кдж (20 ккал) сберегаются в виде АТФ, а 120 кдж (30 ккал) рассеиваются в виде тепла. Следовательно, в ходе бескислородного расщепления глюкозы 40% энергии сберегается клеткой.

Кислородный или полный (аэробное дыхание)

Основное условие осуществления этого процесса — наличие в окружающей среде кислорода и поглощение его клеткой. Стадия кислородного расщепления, как и предыдущая стадия бескислородного расщепления, представляет собой ряд последовательных ферментативных реакций. Каждая реакция катализируется особым ферментом.

Весь ферментативный ряд кислородного расщепления сосредоточен в митохондриях, где ферменты расположены на мембранах правильными рядами. Сущность каждой из реакций состоит в окислении органической молекулы, которая с каждой ступенью постепенно разрушается и превращается в конечные продукты окисления — СО 2 и Н2 О.

Все промежуточные реакции кислородного расщепления, как и промежуточные реакции бескислородного процесса, идут с освобождением энергии. Количество энергии, освобождаемой на каждой ступени при кислородном процессе, много больше, чем на каждой ступени бескислрородного процесса. В сумме кислородное расщепление дает громадную величину — 2600 кдж (650 ккал).

Если бы вся эта энергия освободилась в результате одной реакции, клетка подверглась бы тепловому повреждению. При рассредоточении процесса на ряд промежуточных звеньев такой опасности нет.

Подробное исследование реакций кислородного расщепления показало, что в этих реакциях, как и в реакциях бескислородного процесса, принимает участие Н 3 РО4 и АДФ и что кислородный процесс, как и бескислородный, сопряжен с синтезом АТФ. В ходе кислородного расщепления двух трехуглеродных молекул происходит образование 36 молекул АТФ — 36 богатых энергией фосфатных связей. Таким образом, суммарное уравнение кислородного процесса можно записать так:

3 Н6 О3 +6О2 +36Н3 РО4 +36АДФ = 6СО2 +6Н2 О+36АТФ+36Н2 О,

а суммарное уравнение полного расщепления глюкозы так:

С 6 Н12 О6 +6О2 +38Н3 РО4 +38АДФ =6СО2 +6Н2 О+38АТФ+38Н2 О

Теперь должно быть ясно значение для клетки третьей, кислородной стадии энергетического обмена. Если в ходе бескислородного расщепления освобождается 200 кдж/моль (50 ккал/моль) глюкозы, то в стадии кислородного процесса освобождается 2600 кдж (650 ккал), т. е. в 13 раз больше. Если в ходе бескислородного расщепления синтезируются две молекулы АТФ, то в кислородную стадию их образуется 36, т. е. в 18 раз больше. Иными словами, в ходе расщепления глюкозы в клетке на стадии кислородного процесса освобождается и преобразуется в другие формы энергии свыше 90% энергии глюкозы.

Займемся снова расчетом. Всего в процессе расщепления глюкозы до СО 2 и Н2 О, т. е. в ходе кислородного и бескислородного процессов, синтезируется 2+36=38 молекул АТФ. Таким образом, в потенциальную энергию АТФ переходит 38 Х 40=1520 кдж (38 Х 10 = 380 ккал).

Всего при расщеплении глюкозы (в бескислродную и кислородную стадии) освобождается 200+2600=2800 кдж (50+650 = 700 ккал).

Следовательно, почти 55% всей энергии, освобождаемой при расщеплении глюкозы, сберегается клеткой в форме АТФ. Остальная часть (45%) рассеивается в виде тепла. Чтобы оценить значение этих цифр, вспомним, что в паровых машинах из энергии, освобождаемой при сгорании угля, в полезную форму преобразуется не более 12 — 15%. В двигателях внутреннего сгорания он достигает примерно 35%. Таким образом, по эффективности преобразования энергии живая клетка превосходит все известные преобразователи энергии в технике.

При сопоставлении количества энергии, освобождаемой в ходе бескислородного и кислородного расщепления глюкозы, а также числа молекул АТФ, синтезируемых в обе стадии, видно, что кислородный процесс несравненно более эффективен, чем бескислородный. Вполне понятно поэтому, что в нормальных условиях для мобилизации энергии в клетке всегда используется как бескислородный, так и кислородный путь расщепления. Если осуществление кислородного процесса затруднено или вовсе невозможно, например при недостатке кислорода, тогда для поддержания жизни остается только бескислородный процесс. Но при этом для получения АТФ в количестве, необходимом для жизнедеятельности, клетке приходится расщеплять очень большое количество глюкозы.

Заключение.

Естественный отбор является фактором преимущественно отрицательным: все то, что менее приспособлено к внешним условиям, гибнет, уступая место более приспособленным организмам. Что же касается роли естественного отбора в создании тех первоначальных различий между особями, тех уклонений, которые, постепенно накопляясь и усиливаясь в процессе отбора, ведут к выработке новых разновидностей, видов, родов и т. д., то взгляды натуралистов на этот вопрос сильно расходятся. По мнению одних, источником вариаций являются влияния внешних условий непосредственно или посредственно на организмы; это влияние вызывает изменения, которые и передаются по наследству, между тем как естественный отбор постоянно уничтожает все те формы, которые в том или ином отношении менее других пригодны для жизненной конкуренции; но при этом известные изменения внешних условий могут и сами по себе вести к появлению новых форм, действуя непосредственно на все особи (такого взгляда держался Ч. Дарвин).

По мнению других (крайним представителем этого направления является А. Вейсман), изменения, вызванные внешними влияниями на данный организм, вовсе не передаются или передаются лишь в исключительных условиях по наследству; источником вариаций является, по этому взгляду, половое размножение, благодаря которому комбинируются признаки обоих родителей, а затем роль фактора, вырабатывающего новые формы, играет исключительно отбор. Еще один спорный вопрос, связанный с борьбою за существование и естественным отбором, заключается в том, в какой мере необходимо для происхождения новых разновидностей и видов изолирование измененных форм от неизмененных. По мнению одних, образование новых разновидностей и видов может происходить без всякого изолирования; действие естественного отбора обусловливает накопление ряда изменений в том или ином направлении, и путем вымирания форм менее специализированных получаются на место одной разные формы. По мнению других, изоляция, безусловно, необходима и известные изменения лишь в том случае имеют шансы накапливаться, суммироваться, если за возникновением изменений особи, представляющие их, будут изолированы от остальных, переселятся, мигрируют (миграционная теория М. Вагнера).

Наконец, некоторые высказываются в том смысле, что изменение внешних условий вызывает те или иные изменения в организмах и действием отбора изменения эти суммируются и ведут к тому, что последовательные поколения все более и более удаляются от первоначальной формы, но в пределах их не происходит образования различных форм: медленно и непрерывно изменяется при таких условиях вся масса особей данного вида, но из одного вида не произойдет двух или более иначе, как в том случае, когда часть особей первоначальной формы будет так или иначе обособлена от остальной и поставлена в иные условия; в этом случае обе части особей данного вида (понятно, что их может быть и несколько) будут развиваться не в одном направлении и послужат источником образования разных видов из одного первоначального.

Во второй части реферата говорилось об энергетическом обмене клетки.

Энергетический обмен — совокупность реакций окисления органических веществ в клетке, синтеза молекул АТФ за счет освобождаемой энергии. Значение энергетического обмена — снабжение клетки энергией, которая необходима для жизнедеятельности.

Этапы энергетического обмена: подготовительный, бескислородный, кислородный:

АТФ представляет единый и универсальный источник энергии для функциональной деятельности клетки. Отсюда понятно, что возможна передача энергии из одних частей клетки в другие и заготовка энергии впрок. Синтез АТФ может происходить в одном месте клетки и в одно время, а использоваться она может в другом месте и в другое время.

Список используемой литературы:

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/energeticheskiy-obmen-v-kletke/

1. Блиновская Ю.В., Давыдова А.И. Эволюция клетки. М., 1994

2. Бохински Р. Современные воззрения в биохимии. М. 1987.

3. Де Дюв К. Путешествие в мир клетки. М., 1987.

4. Лемеза Н. А., Камлюк Л. В., Лисов Н. Д. Пособие по биологии для поступающих в ВУЗы. М.

5. Маргелис Л. Роль симбиоза в эволюции клетки. М., 1983.

6. Саламатова Т.С. Физиология растительной клетки. Л., 1983.

7. Судиьна Е.Г., Лозовая Г.И. Основы эволюционной биохимии растений. Киев, 1982.