35. Сравните основные стадии процессов митоза и мейоза. Какова биологическая роль отдельных стадий и процессов в целом?

Митоз (непрямое деление) – основной способ деления эукариотических клеток – деление ядра, которое приводит к образованию двух дочерних ядер, в каждом из которых имеется такой же набор хромосом, что и в родительском ядре. Митоз – непрерывный процесс; делится на 4 стадии: профаза, метафаза, анафаза, телофаза.

В профазе происходит укорочение и утолщение хромосом за счёт их спирализации. В это время хромосомы состоят из двух хроматид, связанных между собой в области центромеры. С утолщением хромосом исчезает ядрышко и распадается ядерная оболочка. Хромосомы свободно лежат в цитоплазме. Центриоли расходятся к полюсам клетки. В конце профазы образуется веретено деления.

В метафазе завершается образование веретена деления. Хромосомы образуют экваториальную пластинку. В метафазе строение хромосом двойное, соединённое в области центромеры.

В анафазе центромеры делятся и из каждой удвоенной хромосомы образуются 2 отдельные идентичные дочерние хромосомы. Разделившись, хромосомы с помощью микротрубочек веретена деления движутся к полюсам клетки. В клетке находятся 2 диплоидных набора хромосом.

В телофазе начинается раскручивание хромосом. Вокруг них формируется ядерная оболочка, ядрышки. Разрушается веретено деления. Происходит разделение цитоплазмы с образованием двух клеток.

Биологическое значение митоза: одинаковое распределение между дочерними клетками молекул ДНК, поэтому обеспечивается образование генетически равноценных клеток. Это обеспечивает эмбриональное развитие и рост организма, восстановление тканей после повреждений. Митоз является основой бесполого размножения организмов.

Мейоз – особый способ деления клеток, в результате которого происходит уменьшение числа хромосом вдвое и переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидное. Мейоз включает 2 деления. Перед началом мейоза хромосомы удваиваются.

I деление (редукционное) приводит к образованию гаплоидных клеток из диплоидных. Оно начинается с профазы I, в которой осуществляется спирализация хромосом. Также происходит сближение парных хромосом одинаковыми участками – конъюгация. В результате образуются хромосомные пары – биваленты. При спирализации хроматиды гомологичных хромосом переплетаются между собой; хромосомы обмениваются участками – кроссинговер. После этого хромосомы расходятся. В метафазе I завершается формирование веретена деления. Биваленты устанавливаются в плоскости экватора. В анафазе I гомологичные хромосомы разделяются и расходятся к полюсам. К каждому полюсу отходит гаплоидный набор хромосом, состоящий из двух хроматид. В телофазе I у полюсов веретена собирается гаплоидный набор хромосом, в котором каждый вид хромосом представлен одной хромосомой, состоящей из двух хроматид. Восстанавливается ядерная оболочка и материнская клетка делится на 2 дочерние.

II деление мейоза следует сразу за первым и сходно с митозом. Профаза II непродолжительна. В метафазе II снова образуется веретено деления, хромосомы выстраиваются на экваторе. В анафазе II осуществляется разделение центромер и каждая хроматида становится самостоятельной хромосомой. Дочерние хромосомы направляются к полюсам клетки. В телофазе II происходит деление клеток: из двух гаплоидных клеток образуются 4 гаплоидные дочерние клетки.

Значение мейоза: обеспечение постоянства кареотипа в ряду поколений; обеспечение разнообразия генетического состава гамет. Это обеспечивает появление разнообразного потомства при половом размножении.

41. Дайте понятие биогеохимического цикла. Приведите основные закономерности.

Основных круговоротов веществ в природе два: большой (геологический) и малый (биогеохимический).

Большой круговорот веществ в природе (геологический) обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глут бинной энергией Земли и осуществляет перераспределение ве­щества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли.

Осадочные горные породы, образованные за счет вывет­ривания магматических пород, в подвижных зонах земной коры вновь погружаются в зону высоких температур и дав­лений. Там они переплавляются и образуют магму — источ­ник новых магматических пород. После поднятия этих по­род на земную поверхность и действия процессов выветри­вания вновь происходит трансформация их в новые осадоч­ные породы (рис. 1). Символом круговорота веществ явля­ется спираль, а не круг. Это означает, что новый цикл круго-

Рис. 1. Большой круговорот веществ ворота не повторяет в точности старый, а вносит что-то новое, что со временем приводит к весьма значительным из­менениям.

Большой круговорот — это и круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу. Влага, испарившаяся с по­верхности Мирового океана (на что затрачивается почти поло­вина поступающей к поверхности Земли солнечной энергии), переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подзем­ного стока. Круговорот воды происходит и по более простой схеме: испарение влаги с поверхности океана — конденсация водяного пара — выпадение осадков на эту же водную поверх­ность океана.

Подсчитано, что в круговороте воды на Земле ежегодно участвует более 500 тыс. км³ воды.

Круговорот воды в целом играет основную роль в форми­ровании природных условий на нашей планете. С учетом транс-пирации воды растениями и поглощения ее в биогеохимиче­ском цикле, весь запас воды на Земле распадается и восста­навливается за 2 млн лет (см. рис. 6.10).

Малый круговорот веществ в биосфере (биогеохимический), в отличие от большого, совершается лишь в преде­лах биосферы. Сущность его в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в пре­вращении органического вещества при разложении вновь в не­органические соединения.

Этот круговорот для жизни биосферы — главный, и он сам является порождением жизни. Изменяясь, рождаясь и умирая, живое вещество поддерживает жизнь на нашей пла­нете, обеспечивая биогеохнмический круговорот веществ.

Главным источником энергии круговорота является сол­нечная радиация, которая порождает фотосинтез. Эта энер­гия довольно неравномерно распределяется по поверхности земного шара. Например, на экваторе количество тепла, при­ходящееся на единицу площади, в три раза больше, чем на архипелаге Шпицберген (80° с.ш). Кроме того, она теряется путем отражения, поглощается почвой, расходуется на транспирацию воды и т. д. (рис. 6,8) а, как мы уже отмечали, на фотосинтез тратится не более 5% от всей энергии, но чаще всего 2—3%.

В ряде экосистем перенос вещества и энергии осуществ­ляется преимущественно посредством трофических цепей.

Такой круговорот обычно называют биологическим . Он предполагает замкнутый цикл веществ, много­кратно используемый трофической цепью. Безусловно, он может иметь место в водных экосистемах, особенно в планк-

. 6.8. Поступление и распределение солнечной энергии в преде­лах биосферы Земли

тоне с его интенсивным метаболизмом, но не в наземных экосистемах, за исключением дождевых тропических лесов, где может быть обеспечена передача питательных вешеств «от растения к растению», корни которых на поверхности поч­вы.

Однако в масштабах всей биосферы такой круговорот невозможен. Здесь действует биогеохимический круговорот, представляющий собой обмен макро- и микроэлементов и простых неорганических веществ (СО„ Н₂0) с веществом атмосферы, гидросферы и литосферы. Круговорот отдель­ных веществ В. И. Вернадский назвал бив геохимическими циклами. Суть цикла в следующем: химические элементы, поглощенные организмом, впоследствии его покидают, ухо­дя в абиотическую среду, затем, через какое-то время, сно­ва попадают в живой организм, и т. д. Такие элементы на­зывают биофилъными. Этими циклами и круговоротом в це­лом обеспечиваются важнейшие функции живого вещест­ва в биосфере. В. И. Вернадский выделяет пять таких функ­ций:

• первая функция — газовая — основные газы атмосферы Зем­ли, азот и кислород, биогенного происхождения, как и все подземные газы — продукт разложения отмершей органи­ки;

• вторая функция — концентрационная — организмы накап­ливают в своих телах многие химические элементы, среди которых на первом месте стоит углерод, среди металлов — первый кальций, концентраторами кремния являются диа­томовые водоросли, йода — водоросли (ламинария), фос­фора — скелеты позвоночных животных;

• третья функция — окислительно-восстановительная — ор­ганизмы, обитающие в водоемах, регулируют кислородный режим и создают условия для растворения или же осажде­ния ряда металлов (V, Mb, Fe) и неметаллов (S) с перемен­ной валентностью;

• четвертая функция — биохимическая — размножение, рост

перемещение в пространстве жипого ве­щества;

— пятая функция — биомохилт ческая деятельность челоае» ко —- охватывает все разрастающееся количество веществ земной коры, в том числи таких концентраторов углерода, кнк уголь, нефть, газ и другие, для хозяйственных и быто­вых нужд человеке.

В бногеохкмических круговоротах следует' различать дне чисти, как бы два среза: 1)резервный фонд — это огром­ная масса движущихся веществ, не связанных с организмами; 2) обменный фонд — значительно меньший, но весьма активный, обусловленный прямым обменом биогенным ве­ществом между организмами и их непосредственным окру­жением. Если же рассматривать биосферу в целом, то в ней можно выделить: 1) круговорот газообразных веществ с ре­зервным фондом в атмосфере и гидросфере (океан) и 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре (в геологи­ческом круговороте).В связи с этим, следует отметить, лишь одни-вдннствем-пый на Земле процесс, который не тратит, а, наоборот, свя­зывает солнечную энергию и даже накапливает ее — это соз­дание органического вещества в результате фотосинтеза. В связывании и запасании солнечной энергии и заключается основная планетарная функция живого вещества на Земле.