Общая биология

Раздел, в котором рассматриваются значимые для всего живого закономерности строения, функционирования и развития.
» Расселение людей по Земле

Поведение бактерий

По существующей гипотезе, внутреннее, встроенное в цитоплазматическую мембрану кольцо базальной структуры - вращающийся ротор, окружено мембранными белками, имеющими определенным образом пространственно организованные отрицательные заряды - статор мотора. Протонодвижущая сила заставляет протоны проходить через базальную структуру внутрь клетки, при этом в какой-то момент они задерживаются в определенных участках ротора, придавая им положительный заряд, затем протоны уходят внутрь клетки. Заряженные участки расположены таким образом, что возникает сила притяжения между заряженными участками ротора и статора, кольцо начинает вращаться. установлено, что для полного оборота кольца через базальную структуру должно пройти 500-1000 протонов. Кольцо совершает около 300 оборотов в секунду. Нить жгутика закручена против ч.с. Если кольцо вращается против ч.с. нить ввинчивается в окружающий раствор. На работу жгутика бактерия тратит около 0,1% расходуемой энергии. У кишечной палочки 6-7 жгутиков. Бактерии не воспринимают направление силы тяжести из-за вращения клетки.

Схема строения бактериального жгутика

Важной гидродинамической характеристикой плывущего предмета является число Рейнольдса представляющее собой отношения сил инерции
к силам вязкости. С уменьшением размеров объекта это число уменьшается, поэтому водная среда является для бактерий вязкой, каковой для нас была бы патока. Подсчитанно, что плыть целенаправленно в одном направлении бактерия может не более 3 с, затем удары окружающих молекул разворачивают ее в случайном направлении.
Когда нить жгутика вращается против ч.с. (рис.2) бактерия движется по прямой - пробег. Скорость движения во время пробега для разных бактерий 20-80 мкм/с. Для кишечной палочки 30 мкм/с т.е. 10 см/ч. Пробег длится около секунды, после чего происходит переключение жгутикового мотора, который начинает вращаться по ходу ч.с. что приводит к остановке и развороту бактерии в случайном направлении. Переключение занимает менее 1 мс. У кишечной палочки при этом единая жгутиковая спираль распадается и бактерия совершает кувырок. Мотор вращается по ходу ч.с. около 0.1 с после чего снова переходит к вращению против ч.с.
Кишечная палочка имеет около 20 различных типов рецепторов, всего клетка кишечной палочки содержит около 25 тыс. молекул рецепторов. Рецепторы сконцентрированы на одном из полюсов.

Расположение жгутиков на клетке кишечной палочки

У кишечной палочки в качестве важных компонентов сенсорной системы функционируют четыре так называемых метилакцепторных белка, которые являются рецепторами или получают сигналы от других рецепторов . Эти белки способны присоединять к заряженным глютаминным остаткам метильные группы или отдавать их за счет активности соответствующих ферментов, причем уровень метилирования белка соответствует концентрации эффектора. Не во всех таксисах так происходит.
Бактерии способны воспринимать изменение концентрации эффектора во времени, поскольку, если концентрация изменяется, она уже не соответствует уровню метилирования метилакцепторного белка. В этом случае сигнал поступает на определенные цитоплазматические белки, изменяя уровень их фосфорилирования, а эти белки передают сигнал уже на жгутиковый мотор, в результате чего изменяется длина пробега.
При увеличении концентрации аттрактанта длительность пробега возрастает ( а частота кувырков уменьшается), при увеличении концентрации реппелента длительность пробега уменьшается. При снижении концентрации эффекторов наблюдается обратный эффект. Это означает, что бактерии имеют элементарную память.

Путь бактерии к кусочку сахара

Обычно через 2-3 мин в результате процесса адаптации уровень метилирования белка приходит в соответствие с новой концентрацией эффектора и длина пробега возвращается к норме. Однако, если в среде создается градиент концентрации эффектора, в результате многочисленных изменений длины
пробега в зависимости от направления движения клетки бактерии постепенно приближаются к источнику аттрактанта или удаляются от реппелента (рис. 3)
Магнетотаксис - способность двигаться вдоль линий магнитного поля. В клетках таких бактерий находятся кристаллики железосодержащих минералов (напр. магнетит). Железо составляет около 3% сухой массы магнетобактерий. Это водные бактерии обитающие в пресных водоемах и море. В северном полушарии они плывут к северному полюсу и наоборот. Бактерии углубляются в воду т.к. магнетосомы ориентируются по результирующей вертикальной и горизонтальной составляющим магнитного поля. Чем ближе север тем круче они уходят в глубину в ил, где много пищи и мало кислорода.

Происхождение культур растений

Одним из крупнейших достижений человека на заре его развития было создание постоянного источника продуктов питания путем одомашнивания диких животных и возделывания растений. Создание разнообразных пород животных и сортов растений стало возможным благодаря разработке принципов искусственного отбора.
Окультуривание диких растений происходило независимо в различных географических областях и основывалась на местной флоре. Распространение культурных растений за пределы центра происхождения происходило как естественным путем, так и вследствие миграций населения. Так возникли первичные и вторичные центры происхождения и разнообразия культурных растений. Открытие центров происхождения культурных растений принадлежит выдающемуся русскому ученому Н.В.Вавилову, собравшему огромный семенной материал для использования в селекционной работе.
Было выделено восемь центров происхождения культурных растений:
1. Средиземноморский (спаржа, маслины. капуста, лук, клевер, мак, свекла, морковь)

2. Переднеазитский (инжир, миндаль, виноград, гранат, люцерна, рожь, дыня, роза)
3. Среднеазиатский (нут, абрикос, горох, груша, чечевица, лен, чеснок, мягкая пшеница)
4. Индо-Малайский (цитрусовые, хлебное дерево, огурец, манго, черный перец, кокосовая пальма, банан, баклажан)
5. Китайский (просо, редька, вишня, яблоко, гречиха, слива, соя, хурма)
6. Центрально-американский (тыква, фасоль, какао, авокадо, махорка, кукуруза, батат, хлопчатник)
7. Южноамериканский (табак, ананас, томат, картофель)
8. Абиссинский центр (банан, кофе, сорго, твердая пшеница)

Центры происхождения культурных растений

В настоящее время выделяют 12 первичных центров происхождения культурных растений:
1. Китайско-Японский
2. Индонезийско-Индокитайский
3. Австралийский
4. Индостанский
5. Среднеазиатский
6. Переднеазиатский
7. Средиземноморский
8. Африканский
9. Европейско-Сибирский
10. Центральноамериканский
11. Южно-Американский
12. Северо-Американский

Суточные биоритмы

Циклы могут быть эндогенной природы и вызванные внешними периодическими изменениями
Циркадные ритмы привышают время генерации клетки или особи, т.е. лунные ритмы не встречаются у организмов период генерации которых меньше месяца, циркадные колебатели известны для тех клеток, время генерации которых превышает 24 часа. Свет, температура, длина светового дня - колебатели циклов.
Время генерации эукариотических клеток близко к 24 часам. В клетках Acetobularia лишенных ядра циркадианные ритмы фотосинтеза сохранялись 30 суток - цитоплазмы достаточно для поддержания активности колебателя.
Медоносные пчелы, найдя источник пищи, напр. в 3 ч дня, на следующий день прилетают к тому же самому месту точнов то же самое время - память времени. Если крыс, которые обычно едят в начале ночи, кормить только утром, то подъем активности ферментов в тонком кишечнике смещается на раннее утро и сохраняется в течении нескольких циклов после предоставления животному свободного доступа к пище. Благодаря изменении
длины дня защитные стратегии (зимняя спячка, эстивация, покой, диапауза) у животных включаются раньше наступления неблагоприятного времени. Изменяемое время регистрируется вплоть до минут и механизм такого измерения не выяснен.
У млекопитающих колебатель ритма расположен около зрительной хиазми, где к нему пододят нервные волокна, идущие от сетчатки.
У тараканов циркадианные осцилляторы находятся в левой и правой зрительной доле. У воробъя - эпифиз. У бабочек - сатурний циркадианный римт выхода имаго исчезает после обезглавливания куколок, но восстанавливается, если пересадить куколкам мозго в гемоцель брюшка. У Apliysia оба глаза являются автономными колебателями. У животных и человека имеется несколько осцилляторов. Осцилляторы нервной природы.
У дневных птиц типичный суточный профиль активности включает один пик после рассвета и второй перед закатом (пение, крики, кормление, ухаживание, спаривание, защита территории). Утренний пик больше - в это время происходит строительство гнезда.
Социальная синхронизация ритмов - крики и пение птиц разных особей служит времязадателем.
ПРИЛИВЫ
полусуточные приливы 12,4 ч преобладают на побережьях Атлантического океана, Северного моря и в нек районах Индийского океана. Амплитуда суточных пиков одинакова и меняется в течении синодического месяца (от новолуния до новолуния Т=29,53 дня). Максимальные приливы в сизигии - луна, земля и солнце на одной прямой - новолуние, минимальные приливы в квадратуре.
Суточные приливы - 24 ч

циркадный ритм Дрозофилы требует взаимодействия по крайней мере двух генов period (per) и timeless (tim) Их транскрипты накапливаются днем и уменьшаются ночью. Эти молекулярные ритмы результат негативной обратной связи, когда Per и Tim белки взаимодействуют проникая в ядро и ингибируют транскрипцию своих собственных генов. Свет быстро разрушает tim, транскрипция возобновляется.