 |
7.Опорно-двигательная система. Эндо- и экзоскелет.
|
|
|
|
7. Опорно-двигательная система. Эндо- и экзоскелет.
Опорно-двигательная система – комплекс структур, образующих каркас, придающих форму организму, дающих ему опору, обеспечивающих защиту внутренних органов и возможность передвижения в пространстве. В процессе эволюции животные осваивали всё новые и новые территории, виды пищи, приспосабливались к изменившимся условиям жизни. Эволюция постепенно меняла облик животных. Для того чтобы выжить, необходимо было активнее искать пищу, лучше прятаться или защищаться от врагов, перемещаться быстрее. Изменяясь вместе с организмом, опорно-двигательная система должна была обеспечивать все эти эволюционные изменения. Самые примитивные простейшие не имеют опорных структур, медленно передвигаются, перетекая с помощью ложноножек и постоянно меняя форму. Первыми опорно-двигательными структурами стали оболочки клеток (помимо ЦПМ) и жгутики, что позволяло клеткам держать форму и активно передвигаться. В дальнейшем появились реснички, что позволило простейшим, их имеющим, передвигаться еще быстрее. У многоклеточных же животных имеется большое разнообразие опорных структур и двигательных приспособлений, начиная от заполнения паренхимой и мышечных оболочек и заканчивая развитыми эндо- и экзоскелетом и мышцами, к ним прикрепленным. За счет специализации различных элементов ОДС животные смогли передвигаться такими способами, как бег, прыжки, лазание, плавание, полет и пр.
Животные в целом пошли по двум путям развития опорно-двигательного аппарата – с использованием эндоскелета либо экзоскелета.
Эндоскелет впервые появляется у типа Хордовые, и у примитивных представителей являет собой нотохорд – длинный тяж ткани энтодермального происхождения, расположенной под нервной трубкой. В дальнейшем у подтипа Позвоночные развился, собственно, позвоночник, и другие кости эндоскелета. Эндоскелет у позвоночных может быть образован костной тканью, либо хрящевой. Хрящевой скелет характерен для класса Хрящевых рыб (акулы, скаты, Осетрообразные). Костный – для всех остальных позвоночных. Эндоскелет позвоночных претерпел большие изменения. Например, при переходе от рыб к четвероногим мы видим, что скелет стал единой структурой. При переходе по классам четвероногих (от Амфибий до Млекопитающих и Птиц) мы видим, то, к примеру, замкнулась грудная клетка, образовалась грудина, специализировался череп и конечности, совершенствовались пояса конечностей и пр.
|
|
|
Экзоскелет как характерен для типа Членистоногие, так и иногда появляется у Позвоночных. Например, у некоторых рыб экзоскелет представлен чешуей, из которой формируются покровные кости головы и плечевого пояса. А у некоторых Рептилий экзоскелет представлен сетью взаимосвязанных щитков разного размера, а у черепах экзоскелетный панцирь вообще слит с позвоночником и грудной клеткой.
Экзоскелет Членистоногих представляет собой сплошной покров тела, состоящий из хитиновой кутикулы, инкрустированной задубленными белками и иногда различными минеральными солями. Подразделяется на склериты, каждый из которых покрывает собой сегмент тела членистоногих и делится на твердые тергит (спинная сторона) и стернит (брюшная сторона) и мягкие плейриты, их связывающие, что позволяет экзоскелету быть прочным и в то же время оставаться гибким. При слиянии сегментов склериты также сливаются, вплоть до образования твердого панциря. Поскольку экзоскелет у Членистоногих сдерживает рост организма, он периодически сбрасывается в ходе линьки вплоть до достижения нужного размера.
|
|
|
Также экзоскелет есть у Моллюсков, и представляет собой раковину, состоящую из нескольких слоев: наружный органический (периостракум, состоит в основном из конхиолина), средний минеральный, сложенный из столбчатого кальцита, и внутренний минеральный, сложенный из пластинчатого кальцита, часто перламутровый. Однако у некоторых групп раковина отсутствует первично, вторично, либо редуцирована до соединительнотканной пластинки.
8. Теоретическое и практическое значение общей биологии. Методы общей биологии.
Значение общей биологии.
Различают ряд частных биологических наук: ботаника, зоология, микробиология, вирусология, биохимия, молекулярная биология, генетика, цитология, гистология, эмбриология, анатомия, физиология и прочие. Общая биология объединяет их все на практическом и теоретическом уровне.
Также общая биология способствует формированию экологического мышления и материалистического мировоззрения, что в наше время особенно важно, во-первых, так как понимание основ биологии и экологии необходимо каждому человеку с целью сохранения и устойчивого развития биосферы Земли, и во-вторых, для того, чтобы накопленный массив реальных научных знаний вновь стал востребован, а различные маргинальные направления культуры, вроде различной мистики, астрологии или лженаук по типу гомеопатии не вводили людей в заблуждение. Это теоретически-гуманитарное значение общей биологии.
Практическое значение общей биологии состоит в том, что она является научной основой всех технологий производства продовольствия. Простое возделывание овощей или пшеницы, выращивание скота, птицы и т. п. требует знания условий и динамики их размножения и роста, особенностей минерального и органического питания, совместимости с другими культурами, отношения к сорнякам, паразитам, бактериям и вирусам, которыми буквально кишит наша общая среда обитания. Особое значение в 20 веке приобрели методы генетических модификаций и селекции объектов сельскохозяйственного производства. Выведение новых пород животных и сортов растений, приспособленных к конкретным местным условиям – давняя практика. Но современная селекция не может базироваться на основе проб и ошибок, она использует точные, математизированные законы генетики. В процветающих фермерских хозяйствах США и других развитых стран селекционно-генетическая работа столь же обычна и обязательна, как и ежедневная уборка коровника или прополка грядок. Генетик здесь одна из самых востребованных профессий. В последние годы быстрыми темпами развиваются и новые биотехнологии, основанные на генной и клеточной инженерии, клонировании, получении трансгенных (с пересаженными генами), или генетически модифицированных (GM), организмов. Освоенные вначале на бактериях, эти методы уже используются для получения химерных животных и растений с заранее спланированными свойствами. И хотя GM-технологии в растениеводстве и животноводстве встречают у потребителей настороженный прием, по сути речь идет о биотехнологической революции, о формировании новой культуры и практики природопользования. И все эти вопросы находятся в поле исследования современной биологии.
|
|
|
Общая биология, к тому же, является и теоретической основой медицины. Причины и механизмы многих патологий кроются в нарушениях работы генов и их продуктов – клеточных белков. Понять эти причины и механизмы – значит наполовину решить и проблему их устранения или лечения больного человека. Взаимодействие клеток с вирусами, сожительство с бактериями, формирование иммунитета к новым и новым антигенам, возникновение неконтролируемого ракового роста клеток, молекулярная природа памяти, развитие наркозависимости, причины старения … – это огромный и нескончаемый перечень проблем, решаемых сегодня медико-биологической наукой. Отдельной главой стоит производство современных лекарств, в котором химики-фармацевты все более уступают место молекулярно-клеточным биологам. Геннно-клеточные инженерные технологии способны дать экологически и генетически чистые лекарства, а пересаженные гены могут вообще устранить хроническую болезнь, например, сахарный диабет.
В последние годы впрямую встала и проблема искусственного производства человека. Искусственное оплодотворение (при необходимости преодолеть мужское бесплодие) – давно и успешно решаемая задача. Но появилась принципиально новая технология зачатия и размножения путем клонирования потомства вообще без мужских половых клеток. Пока это сделано на животных (в Японии с 1990 г. выводят клонированных коров, в Великобритании получена знаменитая овечка по кличке Долли), но и в отношении человека методических препятствий для клонирования уже нет. Зато возникает масса чисто гуманитарных, этических и даже юридических проблем, решать которые можно имея хотя бы общее понимание биологического существа дела.
|
|
|
Методы общей биологии.
Подразделяются на два типа – эмпирические и теоретические методы.
К эмпирическим методам относят
1. Наблюдение – изучение объектов живой природы в естественных условия существования. Грубо говоря – непосредственное наблюдение за конкретными единицами, будь то организм, орган, популяция, физиологический процесс и т. д.
2. Эксперимент – предполагает исследование живых объектов в условиях экстремального воздействия факторов среды (изменение температуры, освещенности, влажности, давления, токсичности и т. д. ).
3. Сравнительный (исторический) метод выявляет эволюционные преобразования биологических видов и их сообществ.
4. Математическое моделирование биологических процессов и прогноз их развития. Например, можно построить модель состояния жизни в водоеме через энное время при изменении одного, двух или более параметров (температуры, концентрации солей, наличия хищников и др. ).
5. Системный метод. Живые объекты рассматриваются как системы, то есть совокупности элементов с определенными отношениями. С учетом иерархичности живых систем каждый объект может рассматриваться одновременно как система и как элемент системы более высокого порядка. Поэтому принципы системной организации справедливы для всех уровней – от макромолекул до биосферы Земли.
К теоретическим методам относят
1. Анализ и синтез – углубление в структуру и функции отдельных элементов, что есть анализ (дискретный подход), и изучение целостных характеристик системы, то есть синтез (интегративный подход).
2. Выдвижение гипотез на основе фактов.
3. Формулирование законов и составление из них теорий на основе подтвержденных гипотез.
|
|
|
