Общенаучные методы (12) - применимы в биологии, как и любой науке
1. Наблюдение:
изучение объекта в естественных условиях без вмешательства и изменения условий его жизни. Используют для сбора фактического материала о биологических объектах и явлениях.
Например о сезонных явлениях в природе - листопад, миграции, перелеты и т.п.
2. Описание:
фиксация информации о биологических явлениях и объектах в виде графиков, схем, текстов и другой информации. Используют для фиксации информации.
Например описание косуль с указанием внешнего вида, поведения, питания
3. Измерение
- определение параметров изучаемого объекта с помощью технических устройств. Используют для установления размеров объекта.
В биологии чаще всего используют единицы измерения мкм и нм:
1) микрометр (мкм или um) (в 1 миллиметре 1000 микрометров)
2) нанометр (нм) (в 1 миллиметре 1 млн нанометров, в 1 микрометре 1000 нанометров)
4. Эксперимент :
изучение объекта в специально созданных, контролируемых условиях. Используют для проверки гипотез, нахождения закономерностей и объяснения биологических процессов, явлений.
5. Сравнение:
поиск сходств и различий между объектами или явлениями. Используется для выявления закономерностей при изучении объектов и явлений.
Например поиск сходства и различий кариотипа нормального человека и с синдромом Дауна показало различие по 21 хромосоме. В литературе встречается информация что Синдром Дауна встречается не только у людей, но и был обнаружен у обезьян и мышей.
6. Анализ
разложение общего на частное.
Например, изучение отдельных аминокислот из которых состоят белки, нуклеотидов ДНК, РНК
7. Синтез
объединение частного в общее
Например, белки состоят из 20 аминокислот, нуклеиновые кислоты из нуклеотидов
8. Моделирование:
Создание физической копии или компьютерной модели биологического процесса, особи. Модели используются для изучения реально существующих процессов и явлений. Наглядно показывают объект. Позволяют прогнозировать состояния экосистемы при воздействии определенных факторов.
9. Классификация (систематика)
распределение объектов по группам на основе их сходства и родства. Используется для построения иерархии биологических процессов. явлений.
Например, классификация органоидов клетки на одномембранные и двумембранные
Например, по системе всего живого собака домашняя относится к классу млекопитающих.
10. Обобщение
- нахождение общего на основе множества частных фактов. Используют для формулирования выводов, теорий, законов, создания классификаций и т.п.
Например, все растения и животные состоят из клеток.
Например, класс млекопитающие -обобщение всех животных, которые выкармливают детенышей молоком.
11. Абстрагирование
- отвлечение от второстепенных свойств для сосредоточения на главном. Позволяет проводить избирательный анализ признаков, явлений, процессов.
например Понятие «Млекопитающее» — это огромная абстракция. Мы забыли, что кит живет в воде, а крот под землей, и оставили только один общий признак — выкармливание молоком.
или Когда мы говорим «три яблока» и «три волка», мы абстрагируемся от того, что это фрукты или животные. Нас интересует только число «3».
12. Статистический (математический)
- сбор и анализ числовых данных для установления закономерностей в биологических явлениях.
- Например, для анализа модификационной (ненаследственной) изменчивости листьев лавровишни используют сбор числовых данных размеров листьев и построение вариационного ряда.
- Например, для изучения наследственных заболеваний используют сбор числовых данных о встречаемости заболевания
Это были общие методы биологии. Перейдем к специальным методам.
Методы молекулярной биологии (7 методов)
1. Хроматография
- разделение смеси веществ на части по☝️ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ в адсорбенте
2. Полимеразная цепная реакция (ПЦР)
- выделение молекул ДНК и получение множества ее копий для изучения. Используется для диагностики инфекций, установления отцовства, генной инженерии.
Схема ПЦР:
Видеоролик Стадии ПЦР - денатурация, отжиг, элонгация:
Задание на знание этапов ПЦР по ссылке☝
ПЦР используется для диагностики инфекций, установления отцовства, генной инженерии.
Полимеразная цепная реакция это технология которая изменила наш мир (ссылка на статью)
3. Электрофорез
- разделение смесей фрагментов ДНК или белков по их☝️ЗАРЯДУ И РАЗМЕРУ в геле под воздействием электрического тока.
Короткие фрагменты движутся быстрее длинных, что позволяет визуализировать структуру ДНК или белков
Схема электрофореза ДНК
Видеоролик Визуализация результата выделения ДНК
Вертикальный электрофорез белка:
☝️Пример задания на электрофорез белка: учёный изучал состав яда кобры. В образце содержались три белка: альбумин (66 кДа), фосфолипаза (14 кДа) и цитотоксин (7 кДа). Какой из перечисленных белков окажется ближе всего к катоду (–) через 30 минут после начала эксперимента? Какой белок будет находиться в самой нижней части геля (ближе к аноду (+))? Какой параметр белковых молекул позволяет их разделять таким способом?
Ответ: Ближе всего к катоду (то есть к месту старта) окажется альбумин, он самый тяжелый, застревает в порах геля и движется медленнее всех. оставаясь наверху. В самой нижней части геля (ближе к аноду) окажется цитотоксин - самый легкий, легко проходит сквозь гель и убегает дальше всех к положительному полюсу Параметр — молекулярная масса (или размер молекулы).
☝️Пример задания на электрофорез ДНК : ситуация - Ученому необходимо разделить смесь фрагментов ДНК длиной 200, 500 и 1000 пар нуклеотидов. Какой метод он применит? Какой фрагмент окажется ближе всего к аноду (+)?
Ответ: Метод — электрофорез, ближе всего к аноду (+) окажется фрагмент длиной 200 пар нуклеотидов, так как он самый короткий и быстрее всего перемещается через поры геля.
Электрофорез используют для определения отцовства и других генетических экспертиз, генной инженерии, патогена (вируса), построения рестрикционных карт.
Разберем типовые задания :
1. Перед нами результат электрофореза ДНК. На геле видны полоски (фрагменты ДНК), которые мигрировали от «минуса» к «плюсу».
- Лунка 1: ДНК матери.
- Лунка 2: ДНК ребенка.
- Лунка 3: ДНК предполагаемого отца №1.
- Лунка 4: ДНК предполагаемого отца №2.
Кто является биологическим отцом ребенка? Объясните свой выбор, основываясь на расположении полосок. Почему фрагмент E ушел дальше всех от старта? Какой заряд имеет электрод, расположенный в нижней части геля (куда бегут молекулы)?
😊👍Проверь себя - биологический отец №2 - у него больше совпадений с ребенком -фрагменты B и C, фрагмент E самый короткий (маленький), в нижней части электрод имеет положительный заряд, ДНК заряжены отрицательно, поэтому они притягиваются к аноду.
2. Перед нами результат электрофореза ДНК больного и здорового пациента,. патогена (вирус герпеса). На геле видны бэнды.Инфицированы ли пациенты вирусом герпеса? Объясните свой выбор, основываясь на расположении полосок (бэндов).
😊👍Проверь себя - больной пациент да, потому что совпадение бэнда с патогеном есть, а здоровый нет. У него нет совпадений с патогеном.
4. Моделирование
- Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик использовали метод физического (объёмного) моделирования молекулы ДНК , комбинируя его с теоретическим анализом имеющихся данных. В результате в 1953 году они представили модель двойной спирали ДНК, где две антипараллельные цепи соединены водородными связями между азотистыми основаниями
5. Рентгеноструктурный анализ
- исследования структуры вещества с использованием дифракции рентгеновских лучей.
Позволяет получить изображения строения кристаллов органических веществ и рассмотреть расположение отдельных атомов внутри молекулы, т.е. определить пространственную структуру молекулы
Именно с помощью рентгеноструктурного анализа Розалинд Франклин получила знаменитую «Фотографию 51». Посмотрев на неё, Д. Уотсон и Ф. Крик поняли, что ДНК — это двойная спираль. Без этого метода структура ДНК могла оставаться тайной еще десятилетия.
Как это делают?
- Кристаллизация: Ученые превращают исследуемое вещество (например, чистый белок) в кристалл. Это самая сложная часть.
- Облучение: Кристалл просвечивают рентгеновскими лучами.
- Дифракция: Лучи, сталкиваясь с атомами внутри кристалла, рассеиваются (отклоняются) и создают на фотопленке узор из точек (дифракционную картину).
- Расчет: По этому узору с помощью сложных математических формул вычисляют, на каком расстоянии друг от друга сидят атомы.
6. Биохимический метод
это определение количества определенного вещества в жидкостях организма
Например с помощью титрования (добавления реагента к пробе до изменения цвета) вычисляют точную концентрацию искомого вещества (глюкозы, аминокислот, белков-ферментов).
Так находят отклонения от нормы при разных молекулярных наследственных заболеваниях. Если в ДНК есть изменения (мутация), с помощью титрования это видно по избытку или дефициту конкретных молекул в крови. Метод позволяет обнаружить мутацию в гене косвенно — через изменение количества продукта, за который этот ген отвечает.
Например, при фенилкетонурии из-за мутации в гене не вырабатывается фермент, расщепляющий аминокислоту фенилаланин. С помощью биохимического метода в крови обнаруживают избыток фенилаланина, что позволяет вовремя назначить диету и спасти мозг ребенка от отравления.
В массовом порядке всем новорожденным делают анализ пяточной крови на 5 заболеваний:
♦ муковисцидоз (генетическая мутация, поражающая экзокринные железы органов дыхательной и пищеварительной систем);
♦ галактоземию (нарушение углеводного обмена),
♦ адреногенитальный синдром (нарушения, связанные с избыточной секрецией гормонов коры надпочечников),
♦ врожденный гипотиреоз (заболевание щитовидки)
♦ фенилкетонурию (нарушение метаболизма аминокислот).
7. Секвенирование
- определение точной последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК или РНК или аминокислот в белке. Это самый современный и мощный способ узнать все о гене - о порядке нуклеотидов в нем.
Секвенирование происходит как процесс создания множества копий фрагмента ДНК, которые обрываются в случайных местах. Зная, на какой букве (нуклеотиде) оборвалась каждая копия, мы можем восстановить всю последовательность. Видео секвенирование
Метод используется для расшифровки генома ( Проект «Геном человека» был выполнен именно этим методом) , поиска генных мутаций (замена нуклеотида А на Г, что и привело к болезни), установление родства (сравнивают ДНК разных видов, чем больше совпадений, тем ближе родственники), создания генетического паспорта организма.
Методы цитологии (3 метода )
1. Меченых атомов
- прослеживают путь вещества с помощью радиоактивной метки. Используют для изучения химико-биологических процессов - фотосинтез, дыхание и др.
2. Микроскопия или микроскопирование
- рассматривание клеток, органоидов, организмов под микроскопом.
Световая микроскопия - рассматривают живые😊 клетки под пучком света
Электронная микроскопия - рассматривают детали органоидов (митохондрий и других) под пучком электронов (супердетальные изображения но на фиксированных препаратах - неживых 😒).
3. Центрифугирование
- разделение клеточных структур , основанное на их ☝️☝️РАЗНОЙ ПЛОТНОСТИ И МАССЕ под действием центробежной силы. Используется для биохимических анализов, изучения лейкоцитов или эритроцитов, переливания крови (нужна либо только плазма, либо эритроцитарная масса)
В центрифуге части клетки оседают слоями: самые тяжелые — первыми (на низких скоростях), самые легкие — последними (на очень высоких скоростях).
Методы генетики (8 методов)
1. Гибридологический
- скрещивание особей с определенными признаками и анализ проявления этих признаков у потомства (основной метод Г. Менделя). Используют для изучения наследственности признаков. Не применим к человеку!
2. Анализирующее скрещивание
- скрещивание особи (у которой не известен генотип) с рецессивной особью. Используют для определения чистоты линии при планировании скрещиваний и выведении новых сортов, пород.
Например определение чистопородности черной свинки
3. Популяционно-статистический
- сбор и анализ распределения значений признаков и частот аллелей в популяциях. Используют для получения информации о состоянии популяций и распространении отдельных генов, динамике их изменения и составления прогнозов по изменениям в популяциях для своевременного принятия мер. Дает информацию о степени гетерозиготности и полиморфизма (неоднородности) человеческих популяций.
4. Генеалогический
- составление и анализ родословных для определения характера наследования признака в ряду поколений (доминантный, рецессивный, сцепленный с полом).
Например. Изучение особенностей наследования формы ушей у человека в ряду поколений
5. Близнецовый
- выявление воздействия факторов окружающей среды на генотип при развитии ребенка на примере близнецов.
Генотип однояйцевых близнецов на 100% идентичен, все различия обусловлены у них только средой (семья, воспитание, обучение, питание и т.п).
Использование метода позволяет прогнозировать условия для развития признаков и принимать своевременные меры.
Например, генетическая предрасположенность к высокому росту может быть полностью реализована только при адекватном питании и отсутствии хронических заболеваний в детстве.
6. Цитогенетический или кариотипирование
- окрашивание хромосом в делящихся клетках на стадии метафазы☝️☝️ (хромосомы имеют максимальную компактизацию и хорошо видны) и изучение их под световым микроскопом.
На метафазной пластинке определяют число, структуру хромосом конкретной клетки, организма, сопоставляют с нормой.
Метод используют для диагностики геномных и хромосомных мутаций.
7. Молекулярно-генетический
- выявление мутаций в генах за счет расшифровки их нуклеотидных последовательностей. Используется для определения генных мутаций, вызывающих патологию .
Например, генная мутация серповидно-клеточная анемия вызвана заменой нуклеотида Т на нуклеотид А. Видео серповидно-клеточная анемия
8. Биохимический
- выделение и сравнение ферментов или продуктов их реакции из нормального и мутантного организмов. В результате получают информацию качественную (обнаружен или не обнаружен) и количественную (каково содержание того или иного вещества в крови, поте. слюне и т.д. ).
Например определение количества глюкозы в крови при сахарном диабете.
Итог по генетике - Все методы генетики применимы к человеку, кроме гибридологического. Мы не скрещиваем людей, они вступают в брак и идет анализ их потомства.
Методы селекции (4 основных метода)
1. Искусственный мутагенез
воздействие радиацией или химией для получения новых мутаций. Используется для получения материала для отбора и гибридизации у растений и микроорганизмов
пример из тестов ЕГЭ - воздействие радиации на организм вносит изменения в последовательность ДНК.
2. Полиплоидизация
кратное увеличение числа хромосом . Широко используется для получения новых видов растений искусственным путем.
Одним из способов для получения полиплоидов используют обработку растений колхицином, что приводит к нарушению расхождения хромосом при мейозе и их увеличению в клетках.
С помощью полиплоидии Г. Карпеченко преодолел бесплодие у межвидовых гибридов. Обычные межвидовые гибриды бесплодны, потому что хромосомы разных видов не могут найти себе пару (конъюгировать) во время мейоза. Из-за этого не образуются нормальные половые клетки.
При скрещивании капусты и редьки гибрид был бесплоден - 9 хромосом капусты и 9 хромосом редьки не могли конъюгировать в мейозе. После удвоения у каждой хромосомы капусты появилась парная хромосома капусты, а у редьки — пара от редьки. Процесс деления клеток пришел в норму, и гибрид стал плодовитым, фактически превратившись в новый, созданный человеком
3. Гибридизация
- скрещивание двух организмов и анализ наследования у растений и животных:
- Инбридинг: близкородственное скрещивание особей внутривидовых форм для получения чистых линий.
- Аутбридинг: Неродственное скрещивание организмов одного вида (разные породы, сорта ) для получения эффекта гетерозиса (гибридной силы). Гибриды F1 превосходят родительские формы по признакам.
Например, в случае кукурузы произошло повышение урожаев зерна у гибридов F 1 до 250% по сравнению с родительскими линиями.
- отдаленная или межвидовая гибридизация - скрещивание разных сортов или видов для получения межвидовых и межродовых гибридов. Чаще у растений используют.
Методы Иван Владимировича Мичурина по отдаленной гибридизации были направлены на создание сортов яблонь, груш, слив, вишен и других плодовых растений приспособленных к суровым зимам и засушливому лету.
- Предварительное вегетативное сближение (Мичурин) - прививка побега одного растения (рябины) на другое (грушу) приводит к изменению обмена веществ - под влиянием соков подвоя у привоя меняется химический состав и обмен веществ, он «привыкает» к условиям и биологии другого вида.
- Опыление смесью пыльцы (Мичурин) - для опыления цветов на пестик наносят смесь пыльцы «отца» с добавлением пыльцы «матери» или других видов. Вещества из «чужой» пыльцы (эфирные масла) раздражают пестики растения и создают условия, при которых пыльца основного родителя (отца) воспринимается растением как «своя». Мичурин называл это «обманом» избирательной способности рыльца.
- Метод ментора (Мичурин) - прививка черенка с гибридного растения в крону взрослого дерева для направленного изменения свойств гибрида. Питательные вещества взрослого растения заставляют гибрид развивать те признаки (вкус, зимостойкость), которые выражены у ментора (воспитателя). Если мы хотим сделать гибрид вкуснее, мы прививаем его на дерево с отличным вкусом. Если морозостойким — на дерево-экстремала.
- Метод посредника (Мичурин) - при невозможности скрещивания двух видов, ученый брал третий вид. Скрещивал его с первым видом, а полученный гибрид со вторым. Это позволило решить проблему не скрещиваемости видов.
4. Искусственный отбор
- выбор для размножения особей с признаками, полезными для человека у растений и животных.
виды искусственного отбора:
- Массовый отбор - выбирают лучших особей по фенотипу для размножения. Используют у растений .
например поле пшеницы
- Индивидуальный отбор - отбирают одну особь, изучают ее потомство для оценки генотипа и дальнейшего размножения.
например выбраковка мелких крольчат в потомстве кроликов с крупным размером особей
Разновидности индивидуального отбора для животных :
- отбор по экстерьеру - отбирают особь по внешним признакам, телосложению. Оценка внешнего соответствия стандарту породы.
- Испытание по потомству - оценка генетической ценности по качеству их потомства. Этот метод используют у животных для выявления и отбора производителей, способных передавать потомству желательные признаки. Например удойность у быков не проявляется и чтобы выбрать лучшего быка, изучают его потомство. Если от быка рождаются все коровы дающие много молока, одинаковые по экстерьеру, его оставляют для разведения.
Мы рассмотрели основные методы селекции. В селекции их 4 - искусственный мутагенез, гибридизация, искусственный отбор, полиплоидизация.
Для животных не используют полиплоидизацию и искусственный мутагенез ☝️☝️из за летальности (ведет к гибели из за сложного механизма определения пола и строгой организации хромосом). Отбор всегда индивидуальный (каждую особь оценивают отдельно).
Для микроорганизмов (бактерий, грибов, дрожжей) используют искусственный мутагенез, массовый отбор.
Для растений используют все методы кроме отбора по экстерьеру и испытание по потомству. Методы Мичурина только для растений ., систематизируем их для применения на растениях, животных, микроорганизмах.
В селекции 4 основных метода - искусственный мутагенез, гибридизация, искусственный отбор, полиплоидизация.
Для животных не используют полиплоидизацию и искусственный мутагенез ☝️☝️из за летальности (ведет к гибели из за сложного механизма определения пола и строгой организации хромосом). Отбор всегда индивидуальный (каждую особь оценивают отдельно). Для микроорганизмов (бактерий, грибов, дрожжей) используют искусственный мутагенез, массовый отбор. Для растений используют все методы кроме отбора по экстерьеру и испытание по потомству.
Методы Мичурина только для растений .
Биотехнология и ее методы
Биотехнология - наука, изучающая возможности использования живых организмов для решения технологических задач, а также создания организмов с необходимыми свойствами.
Три основных направления биотехнологии:
Микробиологический синтез это манипуляции с микроорганизмами. в основном бактериями. Генная инженерия это манипуляции с ДНК, а клеточная инженерия манипуляции с существующими клетками - перенос ядра например из одной клетки в другую.
1. Микробиологический синтез
метод промышленного культивирования (промышленное культивирование)- микробы (бактерии, грибы, дрожжи) выращивают в специальных аппаратах — ферментерах (биореакторах) строго контролируя температуру, pH, давление и доступ кислорода для получения витаминов, ферментов, антибиотиков и гормонов.
Например, для производства инсулина, так необходимого для больных сахарным диабетом, используют ГМ-кишечную палочку:
- в плазмиду (кольцевую ДНК) бактерии кишечной палочки вставлен ген человека, синтезирующий инсулин
Полученный таким способом рекомбинантный инсулин идентичен человеческому, не вызывает аллергии (в отличие от животного) и производится в огромных количествах благодаря высокой скорости деления бактерий (каждые 20–30 минут).
2. Генная инженерия
это совокупность методов, позволяющих переносить гены из одного организма в другой, рекомбинировать ДНК, создавать новые сочетания генов.
Трансгенные организмы (ГМО -генномодифицированные организмы) - это организмы с перенесенными генами. Много ГМ-растений устойчивых к вредителям, гербицидам, ГМ- бактерий производящих инсулин.
Основные инструменты генной инженерии:
- рестриктазы - ферменты ножницы - разрезают ДНК в определённых местах
- лигазы - ферменты клей - сшивают фрагменты ДНК
- векторы - молекулы ДНК, переносящие гены - обычно плазмиды - кольцевые ДНК бактерий.
Методы Генной инженерии
- Рекомбинантных плазмид - с помощью ферментов рестриктаз ДНК разрезается, а с помощью лигаз сшивается с плазмидой бактерии и получается рекомбинантная плазмида.
подробно посмотреть и почитать можно тут
2. Трансгенез - внедрение чужеродной ДНК в клетку.
Например, тепловой шок - клетки бактерий держат на льду, а затем резко нагревают до 42°C. Это делает мембрану проницаемой. Клетки бактерии могут поглощать чужеродную ДНК в процессе, называемом трансформацией.
Схема (этапы) генной инженерии:
- выделение нужного гена
- получение векторной ДНК (плазмиды)
- встраивание гена в вектор (получение рекомбинантной ДНК)
- введение вектора в клетку-хозяина
- развитие организма из одной модифицированной клетки
3. Клеточная инженерия
это совокупность методов, позволяющих осуществлять манипуляции на уровне целых клеток и тканей. Включает выращивание организмов из одной клетки (культура тканей), слияние клеток разных видов (соматическая гибридизация), клонирование.
Методы клеточной инженерии
- Культура тканей или микроклональное размножение - выращивание растения из одной клетки или группы клеток на питательной среде в пробирке. Используют для быстрого получения тысячи копий элитных растений, безопасного посадочного материала (не содержащего вирусов); лекарственных вытяжек (экстрактов); размножение редких видов растений; выращивание клеток для тестирования (лекарственных) препаратов.
Этапы метода:
схема 1
схема 2
Обратите внимание на каллус- его получение важный этап для выращивания растений в пробирке.
2. Клонирование - перенос ядра из одной соматической клетки в яйцеклетку без ядра для получения эмбрионов и выращивание из них клонов. Используют для получения животных, растений генетически идентичных материнскому организму (клонов) .
В 1996 году методом пересадки ядра соматической клетки в цитоплазму яйцеклетки на свет появилось первое клонированное млекопитающее — овца Долли.
Этапы клонирования :
1. Удаление (разрушение ядра) в яйцеклетке
2. Введение ядра соматической клетки другого организма в яйцеклетку.
3. Стимуляция дробления зиготы
4. Трансплантация эмбриона в организм. ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ ЧТО ТРАНСПЛАНТИРУЮТ ЭМБРИОНОВ
5. Развитие и рождение клона.
3. Соматическая гибридизация - слияния протопластов двух клеток разных видов, которые не скрещиваются при обычном половом размножении.
Например, помато - гибрид томатов и картофеля.
Использование протопластов позволяет вести селекцию на клеточном уровне, работать в малом объёме с большим числом индивидуальных клеток, осуществлять прямой перенос генов, изучать мембраны, транспорт веществ, выделять пластиды.
Примечание - протопласт это содержимое клетки растений и бактерий без клеточной оболочки.
Чтобы не путаться, систематизируем - основных направления в биотехнологии три. Для каждого из них применяются свои методы.
Методы изучения эволюции (6 методов)
1. Палеонтологический (метод переходных форм):
Палеонтологический метод изучает эволюцию по вещественным свидетельствам, сохранившимся в земной коре:
- Ископаемые остатки и отпечатки: кости, зубы, раковины или следы, превратившиеся в камень за миллионы лет. По ним восстанавливают облик древних существ.
2. Переходные формы: организмы, сочетающие признаки древних и новых групп. Они доказывают связь между классами
Основные переходные формы сочетающие признаки древних и современных групп☝️☝️
Ихтиостега (или стегоцефал): между Рыбами и Земноводными.
Признаки: есть чешуя и хвост (от рыб), но появились пятипалые конечности и легочное дыхание (от амфибий).
Сеймурия: между Земноводными и Пресмыкающимися (жил 280 млн лет назад). Она доказывает, что древние земноводные постепенно приспосабливались к жизни на суше, меняя скелет и тип размножения. Она выглядела как ящерица, но метала икру в воду.
Признаки: личинки с жабрами (как у амфибий), но взрослая особь имеет сухую кожу и строение скелета (как у рептилий).
Зверозубые ящеры (Иностранцевия): между Пресмыкающимися и Млекопитающими. Жили 260 млн лет назад ( пермский период ) и показывает как рептилии постепенно превращались в зверей
Признаки: челюсть как у рептилий, но зубы уже разделены на клыки, резцы и коренные (как у зверей). Это позволило им эффективнее питаться и ускорило эволюцию.
Археоптерикс: между Пресмыкающимися и Птицами.
Признаки: хвост с позвонками, зубы и когти на крыльях (от рептилий), но есть перья и цевка (от птиц).
Псилофиты (Риниофиты): первые наземные растения , между Водорослями и Высшими растениями.
Признаки: нет корней и листьев (как у водорослей), но уже есть стебель и проводящая система (как у наземных растений). Они доказывают происхождение наземных растений от зеленых водорослей.
3. Филогенетические ряды это последовательности ископаемых форм организмов, которые сменяли друг друга в процессе эволюции. Самый полный и классический пример — филогенетический ряд лошади, изученный выдающимся русским палеонтологом В. О. Ковалевским.
В эволюции лошади прослеживается изменение в строении ноги, увеличении размеров тела из за изменения среды обитания (из леса в саванны).
2. Эмбриологический метод
изучает эволюцию путем установление филогенетического родства на основе зародышевого сходства
Доказательством этого метода являются два закона:
- Закон зародышевого сходства (К. Бэр) На ранних стадиях зародыши всех позвоночных (рыбы, амфибии, рептилии, птицы, млекопитающие) поразительно похожи. Это доказывает единство происхождения всех позвоночных.
- Биогенетический закон (Ф. Мюллер и Э. Геккель) - «Онтогенез есть краткое повторение филогенеза».
В ходе индивидуального развития (онтогенеза) каждая особь как бы «пробегает» основные этапы эволюции своего вида (филогенеза).
Пример: человеческий зародыш на ранней стадии имеет признаки рыбы, затем рептилии. Поправка А. Н. Северцова: зародыш в своем развитии повторяет не взрослые стадии предков, а стадии развития их зародышей.
3. Морфологический (сравнительно-анатомический)
- это изучение и сравнение внутреннего и внешнего строения разных организмов для поиска их родства.
морфологические доказательства родства организмов:
- Гомологичные органы — общее происхождение, единый план строения, но разные функции. Доказывают родство. Результат дивергенции - расхождения признаков из за приспособления к среде обитания.
Пример, рука человека, крыло птицы, ласт кита и лапа крота. У всех внутри — плечо, предплечье и кисть, но один ими пишет, другой летает, а третий плавает.
2. Аналогичные органы — разное происхождение, но внешне похожи, так как выполняют одну функцию. Доказывают приспособление к одной среде при разном строении. Результата конвергенции - схождение признаков из за приспособления к одной среде.
Пример: крыло бабочки (вырост хитина) и крыло птицы (конечность с перьями). Помогают летать, но строение у них разное.
3. Рудиментарные органы или рудименты — есть у всех . Недоразвитые органы, которые были нужны предкам, но потеряли смысл в ходе эволюции. Доказывают родство с предками, у которых эти органы работали.
Пример: аппендикс, копчик, мышцы ушных раковин, остатки таза у китов.
4. Атавизмы — как исключение, признаки предков, которые вдруг проявились у отдельной особи (ошибка в генах). Доказывают наличие «спящих» генов предков в ДНК.
Пример: рождение ребенка с хвостом, сплошной волосяной покров на лице, многососковость.
4. Биогеографический
-это сопоставление и сравнение флоры (растения) и фауны (животные) современных континентов, островов для восстановления хода эволюционного процесса и выявления закономерностей расселения видов по планете.
Биогеография - наука изучающая закономерности возникновения и распространения животных и растений на Земле.
Теория дрейфа материков☝️ Около 200 млн лет назад все материки были объединены в суперконтинент Пангею. Когда Пангея раскололась на Лавразию и Гондвану, а затем на современные материки, популяции одних и тех же видов оказались изолированы друг от друга. На каждом материке эволюция пошла своим путем в зависимости от условий среды. Чем раньше материк, остров отделился от других, тем более уникальна его фауна.
Мадагаскар уникален
- остров откололся от Африки около 160 млн лет назад, а от Индии — около 90 млн лет назад. Изоляция в течение 90 млн лет привела к развитию уникальных лемуров, которые были вытеснены обезьянами на других материках.
Австралия тоже уникальна
- она отделилась от Гондваны еще раньше — около 150–180 миллионов лет назад. Но долго сохраняла связь с Антарктидой (через которую предки сумчатых попали туда из Южной Америки). Окончательный разрыв произошел около 30–33 миллионов лет назад. На планете только-только появились первые примитивные млекопитающие — яйцекладущие и сумчатые. Плацентарные млекопитающие (волки, тигры, копытные) развились позже на других материках. В Австралию они просто не смогли попасть. Из-за отсутствия хищников и конкурентов извне, сумчатые развились в огромное разнообразие форм: сумчатый крот, сумчатый волк (вымер), сумчатая летяга и, конечно, кенгуру. Только здесь сохранились яйцекладущие - утконос и ехидна — живые переходные формы между рептилиями и млекопитающими.
Уникальность Австралии и Мадагаскара доказывает, что виды развиваются независимо при географической изоляции
Общность же флоры и фауны разных материков объясняется тем, что раньше эти земли были единым целым.
Лавразия объединяла Евразию и Северную Америку. Они разделились позже других (около 135–200 млн лет назад), поэтому их флора и фауна имеют общие корни.
Гондвана объединяла Южную Америку, Африку, Индию, Австралию и Антарктиду. Сходство древних групп (например, двоякодышащих рыб или страусоподобных птиц) на этих материках доказывает их былое единство.
Берингия (Берингов перешеек) — сухопутный мост, периодически соединявший Чукотку и Аляску.
Механизм образования: При глобальных похолоданиях вода замерзала в ледниках, уровень мирового океана падал на 100–120 метров, и дно современного Берингова пролива обнажалось.
Значение для эволюции (обмен флорой и фауной):
- Из Евразии в Америку: перешли мамонты, степные зубры, львы, волки и первые люди (заселение материка).
- Из Америки в Евразию: мигрировали предки современных лошадей и верблюдов (их родина — Америка).
Современное состояние: С таянием ледников уровень воды поднялся, образовав Берингов пролив. Это создало географическую изоляцию, и эволюция видов пошла независимыми путями.
👌👌👌👌👌Вопрос : Почему фауна и флора Северной Америки и Евразии сходна?
😍😍😍ответ - Флора и фауна Северной Америки и Евразии так схожи, потому что в прошлом между ними существовал сухопутный мост — Берингия (на месте нынешнего Берингова пролива). Это позволяло животным и растениям свободно мигрировать с одного континента на другой, образуя единое пространство 😊😊Голарктику.
Итак из за особенностей биогеографии флора и фауна материков и островов включает в себя
- Поразительное сходство современных видов (медведи, лоси, лисы) на материках Евразия и Северная Америка.. Например, американский бизон и европейский зубр — близкие родственники, которых разлучил океан.
- Эндемики - виды, которые встречаются только в одном месте на планете.
☝️Самое большое количество эндемиков в Австралии - там сохранились уникальные сумчатые (кенгуру, коала) и яйцекладущие (утконос, ехидна), которые на других материках были вытеснены более развитыми зверями. - Реликты («Живые ископаемые») - виды ныне существующих организмов с примитивными признаками, сохранившимися от вымерших групп. Они как живые свидетельства прошлых эпох - ☝️☝️Латимерия (кистеперая рыба из Индийского океана), Гаттерия (рептилия из Новой Зеландии), Гингко (древнее дерево).
5. Молекулярно-генетический
- сравнение последовательностей нуклеотидов в ДНК разных организмов.
Например:
- сравнили ДНК человека и шимпанзе - совпадает на 98–99%, что доказывает их дивергенцию - расхождение.
- сравнили генетический код у всех живых на Земле - совпадает на 100%, единый генетический код (универсален). Это доказывает единство всего живого на Земле -все живое произошло от одного общего предка .
6. Биохимический
- биохимический анализ клеток различных организмов показал, что все они имеют сходный элементарный состав. В них встречаются одни и те же белки, углеводы, липиды и нуклеиновые кислоты. Все живое состоит из одних и тех же 20 аминокислот.
️Методы экологии (2)
Экология наука о взаимоотношениях организмов друг с другом и с окружающей средой.
Основные методы:
1. Мониторинг
- наблюдение за процессами для оценки их состояния (загрязнением воздуха, воды и т.д.)
2. Моделирование
Создание математических, компьютерных, физических моделей экосистем для прогнозирования ( например аквариум)
3 Кольцевание
для птиц, используют для изучения миграций, поведения, учета численности
4 Чипирование
для животных, используют для изучения миграций, поведения, учета численности. Раньше идентификация животных производилась с помощью бирок, татуировок,выщипов,клеймения.
Методы бионики (1)
Бионика — это прикладная наука на стыке биологии и инженерии - использование биологических знаний для решения инженерных задач.
У бионики основной метод один, но очень важный:
1. Моделирование
изучение строения и функций живых организмов для создания технических устройств.
Примеры бионики:
Застёжка-липучка: подсмотрена у колючек репейника.
Самолёты: формы крыла и фюзеляжа заимствованы у птиц и рыб для улучшения аэродинамики.
Эффект лотоса: создание самоочищающихся покрытий, на которых не задерживается вода и грязь.
Бионические протезы: искусственные руки или ноги, которыми человек может управлять с помощью нервных импульсов.
Искусственные органы: например, био-глаз или искусственное сердце.
Архитектурная бионика: проектирование зданий, повторяющих природные формы (соты, ракушки, стебли) для прочности и экономии ресурсов
ПОДВЕДЕМ ИТОГИ - МЕТОДОВ МНОГО, ИХ НАДО ВЫУЧИТЬ И НАРЕШИВАТЬ ЗАДАНИЯ в формате ЕГЭ. Оставляем ссылки на материалы для практики:
общенаучные методы https://stepenin.ru/tasks/bio-lines/test5621/1
методы цитологии, генетики, биотехнологии и селекции https://stepenin.ru/tasks/bio-lines/test5648/1
методы биотехнологии https://neofamily.ru/biologiya/variants-ege/2/95144
эволюция https://stepenin.ru/tasks/evo/test2477/51