Посібник "Турнір юних біологів. Підготовка та участь. Зразки відповідей на відкриті запитання турніру"

 

 

 

 

 

 

 

Турнір юних біологів. Підготовка та участь. Зразки відповідей на відкриті запитання турніру

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Посібник розроблений вчителем біології Шубківської ЗОШ Рівненського району  Яцук Н.О.  з метою надання методичних рекомендацій та допомоги вчителям у підготовці команд до Турніру юних біологів; теоретичні матеріали  можна використати у позакласній гуртковій роботі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗМІСТ

І. ВСТУП……………………………………………………………………..4

ІІ. ОСНОВНА ЧАСТИНА………………………………………………….5

1. Підготовка та участь у Турнірі юних біологів
   1.  Підбір дітей – майбутніх учасників ТЮБ……………………….5
   2. Пошук матеріалу та написання доповідей…………………………5
   3. Підготовка до ролі доповідача, опонента, рецензента …………..6
2. Зразки відповідей на відкриті запитання турніру……………………..8

ІІІ. ДЖЕРЕЛА………………………………………………………………86

 

 

 

 

ВСТУП

Турнір юних біологів – це командне змагання. Діти вчаться співпрацювати, взаємодіяти з іншими людьми, рахуватися з їхньою думкою, вести полеміку, що, безперечно, підготує їх до життя у суспільстві.

Робота з пошуку й написання відповідей на поставлені запитання вдосконалює логічне мислення, навчаєвідшукувати головне у великому обсязі інформації, знаходити нестандартні рішення, проявляти фантазію.

Ігрова форма турніру вчить умінню передбачати свої дії, прослідковувати причинно-наслідкові зв’язки, швидко орієнтуватися у змінених, нестандартних умовах.

Активізується інтерес до вивчення біологічних наук, здійснюється профорієнтаційна робота. 

Мета створення даного посібника – допомогти вчителям у підготовці команд до турніру, поділитися напрацьованими теоретичними матеріалами, які можна використати у позакласній гуртковій роботі.

 

 

ОСНОВНА ЧАСТИНА

1. Підготовка та участь у Турнірі юних біологів
   1. Підбір дітей – майбутніх учасників ТЮБ

Виокремлюються учні, які не тільки люблять біологію, мають необхідний обсяг знань і відповідні аналітичні здібності, а й є досить комунікативними, вміють вільно висловлювати власну думку, відстоювати її, переконувати, коректно сперечатися, не бояться критики, засудження, можуть гідно захистити себе і членів команди. Дуже важливим критерієм є вміння працювати гуртом на досягнення спільного результату, повага до думок і поглядів інших учасників.

2. Пошук матеріалу та написання доповідей

Перелік запитань до турнірів з’являється в Інтернеті ще на початку літа, тому учні й вчителі, що їх готують, мають можливість за цей час накопичити значний обсяг інформації, що стосується кожного з двадцяти питань. Зручно при цьому створити окремі папки на кожне запитання, що полегшить подальшу роботу.

На другому етапі підготовки перечитується та аналізується матеріал кожної папки, висуваються різні гіпотези відповіді, дуже важливо обговорити їх на спільному засіданні учасників і керівників групи. При цьому необхідно звернути увагу на всі спірні питання, які виникли в процесі обговорення. Саме вони можуть викликати зауваження в майбутніх опонентів, а також на них можна буде спертися у дискусіях.

Остаточний варіант доповіді повинен бути досить коротким, лаконічним. У вступі бажано надати основні терміни, теорії або гіпотези, прізвища вчених, що працювали в даній галузі, означити саму проблему. В основній частині чітко і ясно дається відповідь на запитання турніру. Важливо використовувати при цьому менше незрозумілих слів і термінів, щоб слухачі могли краще зрозуміти думку доповідача, а в опонента і рецензента не було зайвих приводів знайти недоліки у доповіді, спіймати доповідача на незнанні термінів чи поганому розумінні того, про що говориться.З іншого боку, якщо доповідач дуже добре орієнтується в матеріалі, вільно володіє термінами, він може це показати як у власному варіанті доповіді, так і в процесі дискусії. Велику увагу слід приділити висновкам, де надається коротка, але конкретна й повна відповідь на поставлене запитання, всі його аспекти.

Хто пише доповідь. Не кожній дитині буде це під силу. Якщо пошук матеріалу та висунення гіпотез, формування усного варіанту спільної відповіді здійснюється всіма членами команди, то написати чорновий варіант доповіді може й вчитель, який, все ж таки, має більший досвід і знання. А дитина-доповідач в змозі вже відкоригувати його під себе, виготовити наочність, створити презентацію в PowerPoint (іноді теж необхідна стороння допомога).

3. Підготовка до ролі доповідача, опонента, рецензента

Від доповідача вимагається на зрозумілому рівні донести до оточуючих (за 7 хвилин!)свій варіант відповіді на питання турніру, пояснити свою точку зору, вільно орієнтуватися у матеріалах теми, щоб мати можливість вести дискусію, відповідати на уточнюючі запитання суперників.При цьому бажаним є використання ілюстративних матеріалів (таблиць, графічних зображень, комп’ютерних презентацій , тощо) для кращого представлення власного бачення суті проблеми, викладеної у запитанні. Доповідає один або два учасники команди. У випадку співдоповіді виступ основного доповідача не повинен займати більше 70% часу.

За правилами турніру, команда-Опонент пропонує команді-Доповідачу задачу, Доповідач згоджується чи відхиляє пропозицію. На це дається 1 хвилина. На підготовку до доповіді – теж хвилина. За цей час Доповідач встигає настроїтись, знайти презентацію, дещо повторити.

Найскладніші функції покладаються на опонента і рецензента. Крім знання теоретичного матеріалу, чіткої концепції доповіді своєї команди, важливо вміти аналізувати представлені іншою командою рішення, виділяти їхні плюси та мінуси, констатувати наявність біологічних й логічних помилок, давати власну оцінку. Учасники вчаться коректно і правильно формулювати і задавати запитання, при цьому дуже важливо не нав’язувати власну думку, а обговорювати доцільність викладу матеріалу командою-суперником, оригінальність моделі рішення, а також виявляти ступінь володіння доповідачем теоретичним матеріалом.

Рецензент (згідно Правилам Всеукраїнського турніру юних біологів) дає загальну оцінку виступу Доповідача, об’єктивності виступу Опонента, суттєвості запитань і відповідей та коректності поведінки Доповідача та Опонента в ході дискусії. Рецензування не повинно дублювати опонування, Рецензент дає оцінку виступу Доповідача у випадку, якщо вона не співпадає з оцінкою Опонента, або якщо Опонент не помітив неточностей та суттєвих недоліків у доповіді.

Майбутні гравці повинні зрозуміти, що завдання турніру є запитаннями з відкритою відповіддю, тому однозначних і абсолютно вірних рішень вони можуть і не мати, а варіант відповіді суперника може суттєво відрізнятися від варіанту своєї команди.

Якщо доповідь суперника була сильною, Опонент повинен відмітити всі її позитивні сторони, тм самим показавши свою обізнаність в питанні.

Опоненту не слід «завалювати» Доповідача, навіть якщо доповідь була дуже слабенькою. Краще вказати на виявлені недоліки та спробувати разом розібратися у проблемі. Тоді і оцінки членів журі будуть вищими.

Уточнюючі запитання повинні бути саме уточнюючими, а не носити дискусійний характер. Вони спрямовуються на додаткове роз′яснення окремих незрозумілих моментів доповіді, суперечливих або недостатньо висвітлених положень. Хоча, іноді можна «підловити» Доповідача на нерозумінні ним того, про що він говорить, незнанні термінів, просто механічному зазубрюванні текста відповіді.

Вимоги до дискусійних запитань: коректність, конструктивність, спрямованість на заглиблення в проблему та розширення дискусії.

Важливо, щоб у випадку загострення суперечки, учні не переступали межу вихованості, не ображали, не принижували, не зривалися, не тиснули. В той же час дитина повинна з гідністю приймати зауваження, погоджуватися з раціональною думкою суперників, вміти визнавати себе переможеною.

 

 

2. Зразки відповідей на відкриті запитання турніру

 

• У сучасній народній творчості досить багато уваги приділяється інтелекту блондинок. Чи можна дати біологічне пояснення цим особливостям?

Наша команда вважає, що ні, просто склався такий стереотип. Це тому, що джентльмени надають перевагу блондинкам. І це не тільки назва фільму з Мерелін Монро, самою блондинистою блондинкою всіх часів і народів. Це медичний факт. Тому що самці блондинок думають про жінок зовсім не корою головного мозку. І навіть не тим, про що ви подумали. А підкіркою і навіть попереково-крижовим відділом мозку. Поруч з блондинками примітивні чоловічі організми завдяки природнім інстинктам відчувають: в організмах блондинок більше естрогенів – жіночих статевих гормонів, ніж в брюнеток. Відповідно, блондинка народить більше дитинчат і краще їх вигодує. Яким чином статеві гормони пов’язані із кольором волосся, науці поки що невідомо. Є припущення, що вони якось регулюють синтез меланіну.

Меланіни – це пігменти, утворюються в спеціалізованих клітинах – меланоцитах. Впливають на колір шкіри, очей, волосся. Сам по собі меланін як пігмент (навіть не фермент, не гормон), звичайно, на розумові здібності впливати не може. А ось генів геніальності до сих пір знайдено не було. Вищий інтелект пов’язаний з генетичними особливостями, зокрема хворобами Тея-Сакса (збільшення дендритів), синдромами Марфана, Мориса, подагрою та ін.

Наукових доказів слабкості розуму блондинок не існує. На думку вчених, блондинки здобули славу недалеких осіб через своє парадоксальне мислення. Через гормональні особливості в них більш яскраво виражена суто жіноча логіка, що й приводить до своєрідного напряму думок. Що ж стосується розумових здібностей ненатуральних блондинок, то є таке припущення, що перекис водню шкідливо впливає на роботу жіночого мозку. Як сказав один чоловік: «Дурні не ті, хто має біляве волосся від природи, а ті, хто прагне його мати».

Колір волосся може визначати як самооцінку жінок (в блондинок вона часто завищена), так і впливати на характер. Блондинки часто капризні, мрійливі, вміють ефектно плакати, вимогливі, але добрі, чутливі, ніжні.  Це можна пояснити як впливом ставлення до них інших людей, так і гормональною обумовленістю. «Блондинкою» іноді у сучасному суспільстві бути легше, жінки поводяться так, як від них очікують. Роблять вигляд, ніби вони відверто наївні, чисті і нереально прекрасні.

 Висновок.Розумові здібності людини жодним чином не залежать від кольору волосся. А мозок… Він у всіх однаковий. Просто, як його використовувати, кожен вирішує по-своєму. І білявки – не виключення. Бо і шатенки, і брюнетки теж часом творять дурниці.

На думку нашої команди біологічного пояснення інтелекту блондинок не існує. Тому що інтелект є набутим у наслідок онтогенезу, він не залежить від кольору волосся і фізичних особливостей.

 

• Як змінюються з часом механізми еволюції?

Життя на Землі розвивається біля 4 мільярдів років. 3,5 мільярди розвивались лише бактерії.  Еволюційних змін в будові прокаріотів майже не відбувалось. Внаслідок простої будови геному (єдина кільцева молекула ДНК) у них легко відбувається горизонтальний (між різними видами) транспорт спадкової інформації за допомогою переносу фрагментів ДНК вірусами-бактеріофагами. Вбудована фагова ДНК синтезує білок-репресор, що не дозволяє їй вийти з генома хазяїна, а також іншим фаговим ДНК, що потрапляють у клітину, господарювати в ній. Крім того, спадкові властивості бактеріальних клітин можуть значно змінюватися за допомогою плазмід – кільцевих молекул ДНК. Ці кілечка можуть розмикатися ферментами, вбудовувати новий ген, переносити його від клітини до клітини.

Решта  живих організмів появились за останні 500-700 мільйонів років.

Еволюція (спадкова зміна властивостей живих організмів у ряді поколінь) еукаріотів відбувається швидше. Основною одиницею еволюції є популяція (група особин одного виду, що займають певну територію). Окрема особина не може еволюціонувати. Вона розвивається на основі генотипу, успадкованого від батьків. В основі еволюції лежать мутації. Вони виникають випадово і рідко носять пристосувальний характер в даних умовах. Популяції можуть накопичувати різні мутації та їхні комплекси у резервних (непрацюючих в даний час) генах.

Існує декулька факторів еволюціїї (боротьба за існування та природний добір), є також елементарні фактории еволюції(хвилі життя, дрейф ге­нів, ізоляція, мутаційний процес).  Але не всі вони мають визначальну роль на конкретних етапах еволюційного процесу.

Природній відбір та дрейф генів– два основні механізми еволюції.

Природній відбір– виживання та розмноження найпристосованіших, це процес, який надає перевагу генам, які покращують виживання та розмноження виду. Він діє на фенотип, або зовнішні характеристики організмів. Індивідууми із сприятливими фенотипами вирогідніше виживуть і розмножаться. Якщо цей фенотип має генетичну основу, тоді генотип, пов’язаний із сприятливим фенотипом, стане більш поширеним у наступному поколінні. Через якийсь час цей процесс може привести до адаптації організмів до певної екологічної ніші і  до виникнення нових видів.

Дрейф генів–це випадкова зміна концентрації алелей у популяції. Випадкові події, наприклад, передчасна загибель особини, що була єдиним власником якоїсь алелі, призведуть до зникнення цієї алелі у популя­ції і навпаки – частота алелі може випадково підвищитися.             

Природній відбір зазвичай відіграє більшу роль у великих популяціях, а дрейф генів переважає у малих. Як результат, зміна чисельності популяції може значно змінювати хід еволюції.

Така еволюція має місце і в наш час, а темпи її не тільки не сповільнилися, а навіть прискорилися в результаті збільшення антропогенного тиску. Свідченням цього є зникнення багатьох видів рослин і тварин, наявність зникаючих і рідкісних видів, виникнення штамів мікроорганізмів, резистентних до антибіотиків, популяцій комах-переносників збудників захворювань і комах-шкідників, на яких не діють інсектициди, раніше для них смертельніі – результати штучного добору і генної інженерії.

Підсумуємо. Природній добір і дрейф генів довгий час були основними механізмами еволюції, але на сьогоднішній час їм доводиться конкурувати з іншими формами еволюційних механізмів, що створила людина. Це штучний добір, генна інженерія, біотехнології та ін. Хоча інтенсивність природного добору ніколи не буде нульовою. Навіть в людських популяціях завдяки досягненням сучасної цивілізації його інтенсивність значна. Так біля 30% вагітностей закінчується викиднями, 5% народжується мертвими, біля 3% не доживає до зрілості; 20% зрілих людей не одружується, а 10% одружених не мають дітей. В природних популяціях інтенсивність природного добору залишається високою.

 

• Автотрофи. Люди-рослини. Сонцеїди. Так називають людей, що роками не приймають їжі та не мають потреби у ній. Як же вони виживають? Нам пропонується підтвердити або спростувати цю інформацію дослідами.

Наша група вважає, що існування такого феномену цілком можливе. І експерименти по вивченню досвіду людей-сонцеїдів та змін в їхніх організмах проводяться науковцями різних країн. Так «сонцеїдство»  жителя Калькутти Ратана Манега– факт, офіційно підтверджений медиками інституту багатоцільової терапії при міжнародному центрі здоров’я. Експеримент тривав 411 днів. 10 діб знаходився під цілодобовою опікою науковців і Пралад Джаніз Індії.

На основі опрацьованої інформації з досліджень функціонування «автотрофів», можна припустити, що існують основні механізми, за яких можливе існування таких людей. Це:

1. Поступове зменшення споживання калорій та ефективне використання енергії;
2. отримання основної енергії з комічних джерел (н-д, сонячної енергії);
3. особлива спадкова чи фенотипова (формується на основі взаємодії генотипу і факторів середовища)схильність організму.

Коротко зупинюсь на кожному з механізмів.

При поступовому зменшенні споживання калорій наступає хронічна адаптація. Чим менше ти починаєш їсти, тим швидше відбувається очищення організму, краще засвоюються поживні речовини їжі. Поступово деградують, зменшуються органи травного тракту: зменшується шлунок, вкорочується кишечник. Обмін речовин поступово уповільнюється, температура тіла падає приблизно до 35°, дихання стає повільнішим у 2-2,5 рази.  У сечовому міхурі відбувається зворотне всмоктування сечі. Значно зменшується виробництво червоним кістковим мозком еритроцитів крові (вони переносять кисень, що необхідний для розщеплення поживних речовин). Потреби тіла поступово сильно зменшуються. Кисень і вода будуть доставлятися у клітини вже як основні речовини. На цій стадії центр голоду буде пригнічуватися, а центр насичення активуватися. В людей, що проживають у теплих регіонах (або в тих , хто менше працює фізично) енергетична потреба може знижуватися і надалі. На клітинному рівні мітохондрії будуть відігравати важливу роль в акумулюванні енергії при розмноженні. Ще існує цікаве припущення. Сонячні промені можуть викликати відчуття комфорту й заспокоєння, які пов’язані зі виробленням так званих гормонів радості — ендорфінів. Таким чином промені можуть гамувати біль, а за умови тривалого впливу, ймовірно, — і відчуття голоду.

Якою б низькою не була необхідна кількість енергії, вона повинна поступати з якогось джерела. Це може бути енергія води, повітря, інших людей. Найлегше використовувати енергію Сонця (тепло й світло). Тепло може акумулюватися шкірою, а фотони світла сітківкою і шишковидною залозою (епіфізом), останні мають фоторецепторні клітини. Сам процес може відбуватися так. На світлі через нервові шляхи від сітківки ока до гіпоталамуса передається збудження, а далі імпульси поступають через шишкоподібний нерв (симпатична НС) до шишкоподібної залози. Ці імпульси пригнічують продукцію мелатоніну. У темряві пригнічується функція залози, а мелатонін, навпаки, вивільнюється. Через секрецію мелатоніну ШЗ (епіфіз) регулює також циркадний ритм, цикл сну і неспання, уповільнює процес старіння, пригнічує ріст ракових пухлин, стимулює імунну систему. У деяких тварин ШЗ має магнетичні властивості, тому дозволяє орієнтуватися у просторі, н-д, є навігаційним центром у птахів. У шишкоподібній залозі можливо і відбувається процес енергетичного синтезу і перетворення сонячної енергії на електричну, магнітну та хімічну. Шишкоподібна залоза пов’язана нервовими шляхами з гіпоталамусом, що є регулятором автономної НС. Тому будь яке перетворення енергії може активізовувати цю систему. Так, н-д, за допомогою парасимпатичної системи можна зменшувати енергетичні потреби тла. Щоб підтвердити основні механізми існування людей-автотрофів, необхідно провести дослідження, по-перше, шишкоподібної залози. В сонцеїдів вона збільшена  (за даними комп’ютерної томографії). Це є непрямим доказом важливої ролі у перетворенні енергії. Але розмір не завжди означає гіперфункцію. Необхідно вимірювати зміни гормональної секреції, тобто рівень мелатоніну. Можна порівняти розміри епіфізу і гормональний рівень звичайних людей і людей з екстраординарними здібностями.

Чи можуть абсолютно всі використовувати енергію сонця однаково ефективно? Відомо, що кожний індивідуум має свій особливий генотип (сукупність генів), кожне тіло має свої фізичні можливості. Відповідно, хтось може прийняти, перетворити і зберегти сонячну енергію краще, використати більш ефективно. Експеримент з вивчення і порівняння можливостей переходу до автотрофності можна провести на добровольцях при контролі лікарів та інших спеціалістів. Звичайна, непідготовлена людина, скоріше за все, не зможе витримати експеримент по переходу на новий тип живлення. Можливо, сонцеїди – це просто новий біологічний вид, який відрізняється від нас типом енергозабезпечення. Ще у 1925 році про неминучість появи автотрофної цивілізації писав Вернадський.

Підсумуємо. Наша група не може відкидати можливий  факт існування людей з надзвичайним типом живлення. Ми пропонуємо ще декілька дослідів, що могли б допомогти у вивченні феномену автотрофності. 1) Будь-яку людину-автотрофа три доби потримати у темному приміщені. Після цього попросити виконати якусь визначену роботу. Під час цього зафіксувати показники серцебиття, частоти дихання, тиску, ваги. Дуже важливо визначати за допомогою дихального калориметру співвідношення між вуглекислим газом, що виділяється, і киснем, що поглинається. Для порівняння ця сама людина після відновлення сил 3 доби утримується в умовах освітлення (на сонці). Виконується та сама робота. Фіксуються ті самі показники. Порівнюються. На основі досліду робляться висновки про вплив Сонця на акумулювання і перетворення енергії. 2) Можна дослідити на тій самій людині, як змінюється її вага в залежності від виконуваної роботи, для того, щоб визначити енергетичні витрати (можливо, в сонцеїдів в мітохондріях виробляється і акумулюється більше АТФ). Важливо визначати ще рівень глюкози в крові (якщо припустити, що автотрофи можуть якимось чином її синтезувати). Результати порівняти з показниками звичайних людей. 3) Беруться культури клітин шкіри автотрофа і звичайної людини (для порівняння). Витримуються у фізрозчині на світлі. Які зможуть довше проіснувати? Робляться висновки.

Питання вивчення використання космічної енергії для людських потреб є досить цікавим. Воно могло б змінити судьбу людства, допомогти у вирішенні проблеми нестачі харчів, звільнити від більшості психічних і фізичних хвороб, розширити інтелектуальні можливості.

 

• Якою мірою біогенетичний закон є справедливим для одноклітинних організмів?

Біогенетичний закон  — онтогенез кожної особини є коротким і швидким повторенням філогенезу. (Геккель, 1866р.) Філогенез – історичний розвиток певної систематичної групи, тобто послідовний ряд її предкових форм. Онтогенез (індивідуальний розвиток) – розвиток особини від її народження до завершення існування (смерті або нового поділу). У одноклітинних організмів онтогенез збігається з клітинним циклом. Онтогенез одноклітинних складається з таких періодів: дозрівання (синтез клітинних структур, ріст), зрілості (підготовка до поділу) та самого процесу поділу.

Для того, щоб довести справедливість філогенетичного закону для одноклітинних, ми повинні довести, що:

1) клітина не є найпростішою моделлю організації живого, а сформувалася у філогенезі органічного світу в результаті еволюційних змін;

2) філогенетично всі одноклітинні походять від спільного предка чи предків. Це повинно проявитися у спільних способах конструювання та функціонуванні органел та самих клітин.

Ідею про еволюцію клітинної структури ми можемо побачити ще в працях академіка Опаріна про походження життя на Землі. Він підкреслював, що життя виникло у «первинному бульйоні» (розчині високомолекулярних органічних сполук) докембрійських океанів у вигляді примітивних протобіонтів, що сформувалися з ще більш примітивних кооцерватних крапель, пройшло довгий шлях еволюційних структурних перетворень перед тим, як виникла клітина.

Існує декілька сучасних гіпотез походження одноклітинних еукаріот. За симбіотичною (симбіогенезу Мережковського, 1909р.), такі органели клітини, як мітохондрії і пластиди, виникли в результаті симбіозу клітин деяких бактеріальних клітин-господарів з дрібнішими бактеріями (як гетеро-, так і автотрофними). При симбіозі з автотрофною клітиною (н-д, ціанобактерією) виникали пластиди, а клітина-господар переходила на автотрофне живлення. На користь такої гіпотези свідчать подвійні мембрани мітохондрій і пластид, а також їхній власний генетичний апарат (ДНК, РНК, рибосоми) та здатність до поділу. У 1960р. виявлено схожість гігантської мітохондрії трипаносом з бактеріальним організмом.

Нашій команді більше подобається гіпотеза синбактеріогенна (синбактеріогенезу).Три форми організації живої матерії – неклітинна (вірусна), протоклітинна (бактеріальна) і клітинна – в наш час стали фактами науки, на основі яких виникає ідея про еволюційну морфологію клітини. Органели клітини, згідно даній гіпотезі, виникли в результаті створення комплексів з бактеріоїдних форм (протоклітин) в процесі їхньої еволюції.  Кожна з органел в тій чи іншій мірі зберігає риси подібності з бактеріоїдними предками. В конструкції клітини залишився слід протоклітинного походження: подвійні мембрани, розділяючі клітину на субклітинні території, частина з яких представлена типовими потомками бактеріоїдних предків – ядром та мітохондріями (а також пластидами рослинних клітин). Джгутик та волокнисті компоненти зовнішньої оболонки бактерій при конструюванні першої клітини перетворилися на мікротрубочки та мікрофіламенти, що складають опорні структури всіх еукаріот. Про спільність походження органел свідчить і той факт, що ядерна мембрана може приймати участь у формуванні мембранних конструкцій цитоплазматичних органел (н-д, у формуванні цистерн та пухирців апарату Гольджі). Про походження мітохондрій від спільного предка свідчить подібність мітохондріальної ДНК у представників різних систематичних груп. Протоклітинне походження органел найбільш демонстративно розкривається при мітотичному поділі клітини, а саме в їхній здатності до розмноження шляхом поділу, подібно до бактеріальних предків. Цікавим ще є той факт, що при поділі апарат Гольджі ділиться шляхом розпаду на окремі фрагменти – диктіосоми, що розподіляються між дочірніми клітинами. Такий поділ може пояснюватися походженням даного органоїду від об’єднання кількох бактеріальних предків. З позицій гіпотези синбактеріогенезу можна пояснити такі явища, як розмноження, активну рухливість і вихід у цитоплазму ядерця, розмноження шляхом поділу мітохондрій та пластид.

Підсумуємо. Згідно приведених аргументів: 1. Клітина не є найпростішою моделлю організації живого. 2. Одноклітинні організми виникли в результаті об’єднання бактеріоїдних клітин (за гіпотезами синбактеріогенезу і симбіогенезу), що стали органоїдами клітини. А це значить, що клітина несе в своїй структурі досить помітний відбиток свого еволюційного походження від об’єднання предкових організмів бактеріального походження. 3. Філогенетичне минуле, а саме, бактеріальне походження, відображається не тільки в будові, а ще й функціонуванні органоїдів. І, найважливіше, у життєвому циклі одноклітинних. Тобто, біогенетичний закон певною мірою є справедливим для одноклітинних організмів.

• Відомо, що в разі втрати хромосомою центромерної ділянки на іншій послідовності ДНК цієї ж хромосоми може з’являтися неоцентромера — структура, що забезпечує утворення кінетохору, а отже, приєднання мікротрубочок веретена поділу. Який механізм утворення неоцентромери?

Хромосома– найважливіший органоїд ядра, утворений ДНК у комплексі з основними білками – гістонами. Типова метафазна хромосома складається з двох хроматид, має центромеру, що ділить її на два плеча. На кінцях плечей є щільні ділянки – теломери, а по всій довжині – численні ділянки – хромомери.

 Центромера – щільне тільце в ділянці первинної перетяжки хромосоми. До неї під час мітозу або мейозу прикріплюються нитки веретена поділу, які сприяють розходженню дочірніх хромосом в анафазі до полюсів клітини. Центромери здатні самовідтворюватися. Хромосоми, що не мають центромери, не беруть участі у поділі й губляться, не включившись у дочірні клітини.

 Центромери беруть активну участь  у формуванні кінетохорів– білків, що формують точку прикріплення до веретена поділу. Кінетохори відчувають помилки у прикріпленні хромосом до мітотичного веретена й затримують перехід від метафази до анафази, поки всі хромосоми правильно не прикріпляться. Відхилення від нормального функціонування центромери призводять до проблем у взаєморозташуванні хромосом у ядрі, а в результаті до порушення розподілу хромосом між дочірніми клітинами (синдром Дауна пов’язаний з трисомією по 21 хромосомі).

 Виявлено також хромосоми з перебудовами, в яких відсутня або інактивована центромерна ділянка, а центомерну активність виконує інше місце. Новий сайт (неоцентромера) має всі ознаки центромери. Неоцентромери утворюються спонтанно і на фрагментах хромосом, що розпалися.

 Первинні послідовності нуклеотидів у центромерах різних організмів виявилися різними. Але в більшості випадків центромера складається з великої кількості повторів близьких по розміру (170-180 нуклеотидних пар) – α-сателітна ДНК.  ДНК центромер представлена гетерохроматином (постійно конденсованими ділянками). Встановлено, що таких повторів α-сателіту і наявності гетерохроматину в центромерах недостатньо для утворення кінетохору. Відомі функціонуючі центромери і неоцентромери й без α-сателітної ДНК, а в ДНК неоцентромер іноді гетерохроматинові ділянки замінюються еухроматиновими(активними, в яких чергується конденсований і неконденсований стан). Розміри центромери теж можуть бути різними: від точкової центромери у дріжджів сахароміцетів, дифузної у деяких нематод (кінетохори утворюються вздовж всієї хромосоми) до складних центромер більшості еукаріот.

На молекулярному рівні кожна хромосома складається з нуклеосом й коротких сегментів ДНК, що зв’язують окремі нуклеосоми.Нуклеосома – комплекс, що складається з 8 молекул гістонів і обмотаної навколо нього ділянки молекули ДНК.

Вважається, що у визначенні місця розміщення центромер і неоцентромер значну роль відіграє епігенетичне успадкування, тобто зміна експресії генів або фенотипу клітини, що викликаються механізмами, непов’язаними зі змінами послідовності ДНК. Прикладами епігенетичних змін є метилування ДНК (приєднання метильної групи до цитозину) й ацетилування гістонів. Метилування частіше подавляє активність гена, а деметилування – навпаки. Так центромерно-специфічний гістон СЕNР-А (інша назва СЕNН3, він зустрічається у центромерному хроматині всіх центромер і неоцентромер!) може грати роль у епігенетичних змінах.

Розглянемо гіпотетичний механізм формування просторової структури центромери (неоцентромери). По всій довжині α-сателітної ДНК ділянки, що містять СЕNН3 нуклеосоми чергуються з нуклеосомами, що містять диметильований Н3. Ця частина ДНК називається центромернимхроматином(в основному складається зеухроматину). Інша частина α-сателітної ДНК збирається у перицентричнийгетерохроматин. Під час конденсації хромосом у метафазі центромерний хроматин намотується у спіраль так, що СЕNН3 нуклеосоми утворюють базову пластинку із зовнішнього боку хромосоми, де вони взаємодіють із факторами ініціації кінетохор, тоді як нуклеосоми з диметильованим Н3 асоціюють між сестринськими кінетохорами. В цій моделі перицентричний гетерохроматин, що містить маркерметилуванняН3К9,збирається у самостійній ділянці і може керувати дільністю центромери (епігенетичний вплив).

Висновки

• Первинні послідовності ДНК різних неоцентромер різні. Це говорить про невизначальну роль первинної нуклеосомної структури у формуванні неоцентромер. До того ж, штучні хромосоми людини були створені введенням масивів α-сателітної ДНК і клітини, але не введенням послідовностей ДНК центромер.
• В усіх неоцентромерах виявлено сайт зв’язування СЕNР (сприяє зв’язуванню центромерного протеїну з ДНК). Встановлено, що він є обов’язковим для утворення неоцентромер, але необов’язковим є для функціонування звичайних центромер і не завжди зустрічається у їхніх α-сателітних повторах.
• СЕNР-А є основним гістоном всіх неоцентромер і центромер. Значитьроль первинної структури відкидати теж не можна.
• Гетерохроматинові ділянки не завжди є у неоцентромерах, вони можуть замінятися на еухроматинові. Значить, гетерохроматин теж не є визначальним фактором.
• Оскільки неоцентромери можуть формуватися поза α-сателітною ДНК,  це ще раз свідчить про роль епігенетичних механізмів у їхньому формуванні. Епігенетичні зміни впливають на просторове розміщення та щільність укладки нуклеосом. Тобто, важливими є і просторова укладка елементів хромосоми.
• Для того, щоб визначити важливість різних елементів ДНК у центромерах або поблизу них, необхідні знання механізмів, що керують еволюцією центромерної ДНК. А таких даних в науці ще замало. Відомо лише, що елементи ДНК і зв’язані з ними гістони дивергентні між різними видами, а значить, еволюціонують разом.

 

 

• Нейтральні мутації. Частина мутацій належить до розряду нейтральних. Чи дійсно їх можна вважати нейтральними?

 Мутації – це раптові стрибкоподібні стійкі зміни у структурі генотипу. Організми у яких відбулася мутація називаються мутантами. Мутаційна теорія була створена Гуго де Фрізом у 1901-1903 р. Принциповим положенням мутаційної теорії є твердження, що мутації випадкові і неспрямовані. Під цим мається на увазі, що мутації спочатку не є адаптивними.

Мутації — це зміни генетичного матеріалу, а саме, пошкодження носія генетичної інформації, тобто у більшості випадків ДНК. Мутації розглядаються як рушійна сила еволюції, де менш сприятливі (або шкідливі) мутації видаляються з генофонду природним відбором, тоді як сприятливі (вигідні) залишаються. Нейтральні мутації ніяк не впливають на пристосування організму. Вони також можуть накопичуватися. Нейтральна в даних умовах мутація може виявитися корисною для організму в інших умовах. Теорію такої «нейтральної еволюції» висунув японський дослідник Мотоо Кімура.

Нейтральні мутації видозмінюють кодон так, що він не міняє закодованої амінокислоти. Такі заміни називають синонімічними. Наприклад, амінокислота аланін кодуються триплетами ГЦУ, ГЦЦ, ГЦА і ГЦГ. Якщо в результаті мутації ГЦУ перетворюється на ГЦЦ, то білок, синтезований за зміненою програмою, залишається тим же самим.

Розшифровка геному людини та інших організмів показала, що багато генів і ділянки хромосом представлені в кількох копіях. До них відносяться безліч генів, що відповідають за синтез рРНК, гістонів (білків, що беруть участь в упаковці ДНК в хромосомах) та багатьох інших. Таких генів потрібно багато для того, щоб забезпечити високий рівень синтезуконтрольованих ними продуктів. Чи випливає з цього, що численні копії цих генів виникли для цього? Звичайно ж, ні. Подвоєння всього геному або його окремих ділянок відбувалося випадково. При цьому подвоювалися не тільки ці гени, але і багато інших. Природний відбір, проте, «вчинив» з цим зайвими копіями по-різному. Деякі копії виявилися корисними, і природний відбір підтримував їх в популяціях. Інші виявилися шкідливими, оскільки «більше - не завжди краще». У цьому випадку відбір або відбраковував носіїв таких копій, або сприяв розмноженню таких особин, у яких зайві копії генів губилися в результаті інших хромосомних мутацій – делецій. Були, нарешті, і нейтральні копії, присутність яких ніяк не позначалося на пристосованості їх носіїв.

Ці зайві копії ставали резервом еволюції. Мутації в таких «резервних генах» (90% в людини) не так суворо відкидалися відбором, як мутації в основних, унікальних генах. Резервним генам було «дозволено» змінюватися в більш широких межах. З часом вони могли набувати нові функції і стає все більш і більш унікальними. Резервні гени – це копії працюючих генів, які втратили здатність зчитуватись в РНК (втрачені чи заблоковані промотори). Мутації ж в непрацюючих копіях можуть накопичуватись на протязі тисяч поколінь і поширюватись в популяції. Накопичення комплексу "потрібних" ознак буде йти в "тіньовому режимі" і в один прекрасний момент з′явиться на світ організм з цілим букетом нових взаємно збалансованих ознак. А в результаті генного стрибка чи активації промотора непрацююча копія може вмикнутись замість працюючої і виявитися в даний момент часу «вигідною» для організму.

Яскравим прикладом наслідків такого процесу є численне і різноманітне сімейство генів глобіну ссавців. Аналіз послідовності нуклеотидів в цих генах показує, що всі вони сталися в результаті серії послідовних подвоєнь одного-єдиного гена. За кожним подвоєнням було накопичення випадкових мутацій і поступова зміна функцій синтезованих ними білків. Ген глобіну в ході еволюції кілька разів дуплікував. Його додаткові копії потім набули нових властивостей та функцій. З гена бета-глобіну загального предка виникли гени гамма-, дельта-, епсилон-глобинів – білків, які виконують інші функції, ніж бета-глобін.

У геномі виявлено ділянки, де досить часто відбуваються розриви хромосом, що ведуть до утворення хромосомних перебудов. Знайдені і ділянки переважної локалізації мобільних генетичних елементів. Цікаво, що в багатьох випадках це одні й ті ж ділянки. Таким чином, ми можемо говорити про невипадковий розподіл цих ділянок по геному. Однак, і як всі інші мутації, хромосомні перебудови і переміщення мобільних елементів випадкові. Вони випадково змінюють функції генів, що знаходяться поблизу точок розривів, вони випадково розподіляють гени по геному. Вони призводять до того, що виникає безліч нових «коаліцій» генів, а пристосувальна цінність цих «коаліцій» оцінюється відбором.

 Мутаційний процес є найважливішим чинником еволюції. Він змінює гени і порядок їх розташування в хромосомах і тим самим збільшує генетичну різноманітність популяцій. Він створює надлишкові копії генів і тим самим відкриває можливість ускладнення організмів. Мутації виникають випадково і ненаправлено. Адаптивна цінність кожної мутації не є постійною. Вона визначається взаємодією мутантного алеля з іншими генами організму і з умовами середовища, в якій розвивається і живе мутантний організм.

Отже, нейтральні мутації тільки умовно можна назвати «нейтральними». Нейтральна в даних умовах мутація може виявитися корисною для організму в інших умовах. Нейтральні мутації довго зберігаються у популяціях в прихованому вигляді у служать резервом спадкової мінливості.

 

• Слабка сила. У чому полягає «слабкість» сильного промотора в генно-інженерному конструюванні?

Послідовності ДНК, що розміщені перед початком структурного гену і визначають ступінь активності РНК-полімерази, називаються регуляторними послідовностями. Одна з таких послідовностей є ділянкою ДНК, з якою зв’язується РНК-полімераза. Ця ділянка називається промотором. Промотор може бути сильним і слабким. Сильний промотор ініціює синтез і-РНК частіше. Він може бути регульованим і нерегульованим.

Використання сильних нерегульованих промоторов має свої недоліки. Для прокаріотичних генів це:

1. Велика кількість білка може блокувати ріст бактерій.
2. Інтенсивна транскрипція рекомбінантної ДНК може завадити реплікації плазміди (самоподвоєнню), і вона буде втрачена. Плазміда — молекула ДНК, окрема від хромосомної ДНК та здібна до автономної реплікації.

Вигідніше використовувати регульовані промотори, включення яких та синтез чужородних білків можна здійснити, коли вже створена велика бактеріальна маса. Деякі плазмідні вектори містять промотор, який регулюється термочутливим білковим продуктом гена-репресора. Білок-репресор реагує на певні температури, тому можна регулювативключення промотора або його блокування. Деякі промотори можуть регулюватися субстратом, н-д, промотор лактазного оперона – лактазою. Промотор триптофаного оперона регулюється триптофановим голоданням. Нещодавно виявлено, що в багатьох оперонах Е.coli, контролюючих біосинтез амінокислот, між промотором і першим структурним геном є термінуюча послідовність. При конкретних умовах відбувається утворення термінуючого сигналу, що послаблює інтенсивність транскрипції.

Для еукаріотчних організмів сильні промотори теж не завжди є кращими.

1. Посилена експресія будь-якого гена призводить до сверхпродукції кодованого ним білка. А це уповільнює ріст клітини, а іноді викликає її загибель.
2. При підвищеному рівні експресії протоонкогенів можуть виникати злоякісні перетворення (рак). Це може статися при переміщенні їх під сильніший промотор. Таке часто відбувається при вбудові у геном ретровірусів. Вони є дуже сильними промоторами, тому що для них життєво важливо примусити клітину негайно зчитувати свої гени. Протоонкогени – гени, що регулюють нормальну поведінку клітини: її правильні відповіді на дію факторів росту. Вони контролюють ріст, поділ, диференціфцію клітин.

Рівень експресії генів рослин навіть під дією сильного промотора може бути різним. Це залежить від місця, в яке вбудовується новий ген, а також числа копій нововбудованих генів.

Отже, з вищезазначеного можна зробити висновок, що сильний не завжди є кращим, особливо якщо це стосується нерегульованих сильних промоторов. Посилена експресія деяких білків часто призводить до негативних наслідків: гальмування росту клітин, їхньої загибелі, виникнення пухлин. А рівень експресії навіть під дією сильного промотора може бути різним.

 

• «Чебурашка». Усім вам з дитинства знайомий образ мультиплікаційного героя Чебурашки. Користуючись описом його зовнішності, що наведений у мультфільмі, опишіть особливості екології виду, до якого належав Чебурашка.

«Заяц, собака, кошка или австралийский кенгуру. Глаза были большие и жёлтые, как у филина, голова круглая заячья, а хвост коротенький, пушистый такой, какой бывает обычно у маленьких медвежат. Питается апельсинами». Так описує чебурашку автор. Для того, щоб дати екологічну характеристику даному виду, треба згадати деякі терміни.

 Екологія – наука про взаємозв’язки організмів між собою і середовищем існування.

 Екологічна ніша – всі взаємозв’язки організму, його спосіб життя, участь у ланцюгах живлення, тобто «професія».

 Місце проживання – територія, до життя на якій він пристосований. Його «адреса».

 Ми вважаємо, що місце проживання даного виду – рівнинні, з низькою рослинністю території теплих широт. Великі вуха і короткі лапки не дозволили вижити б у густих заростях лісів. Скоріше за все, він робить кубла з трави. В норі б заважали вуха, а короткі лапи не є риючими. Живиться змішано. Насіння трав’янистих рослин, комахи, черви, слимаки. Нічна тварина, тому що має великі очі для сутінкового зору. Автор в описі чебурашки помилково назвав апельсини основою раціону. Через короткі лапи без присосок на пальців або кігтів, він не виліз би на дерево, хіба що в цьому йому допомогли б великі вуха, але це, звичайно, жарт. Він не має інших ознак літаючої тварини, хоча б, обтічної форми тіла.Ця істота навіть не змогла би спокійно відпочивати на гілках, тому що з такими великими вухами важко було б втримати рівновагу, наш чебурашка просто б «чебурахнувся» з дерева.

 Скоріше за все, це стадна тварина, оскільки вона безпомічна. Група дає шанс вижити, забезпечуючи виконання кожній особі своїх ролей. Природні вороги – хижі птахи і хижі ссавці. В наш час він би був занесений до Червоної книги.

 Отже, чебурашка – стадна нічна тварина, проживає на рівнинній місцевості з низькою рослинністю, робить кубла з трави, харчується мішано.

 

• Біологічні системи. Чи будь-який вплив на біологічну систему буде стресом для неї?

Біологічна (жива) система– це структурне і функціональне об'єднання різних елементів (тобто, складається з частин, які взаємопов’язані між собою). До біологічних систем належать клітина (нам відомо, що клітина може існувати самостійно як одноклітинний організм), організм, популяція (особини одного виду, що проживають на одній території), вид (особини, що мають схожу будову, виконувані функції, вільно схрещуються і дають плідне потомство), біоценоз (сукупність популяцій живих організмів різних видів на певній території), біогеоценоз (біоценоз+геоценоз, тобто популяції організмів різних видів + середовище проживання (біотоп)), екосистема (поняття майже тотожне біогеоценозу, але не обов’язково пов’язане з територією, наприклад, екосистема акваріуму), біосфера (жива оболонка Землі). Організм людини є однією з найскладніших біологічних систем, яка має різні рівні структурної і функціональної організації: клітинний, тканинний, органний, системний, організмовий.

Живі системи мають низку важливих властивостей. Вони є відкритими системами й для них характерний обмін речовин. Вони стійкі. Будь-яка жива система має здатність протистояти впливу зовнішнього середовища, використовуючи одержува­ну ззовні енергію. Їм притаманний гомеостаз — здатність підтримувати сталість свого внутрішнього середовища. Живі системи можуть змінюватися у ході індивідуального й історичного розвитку, еволюціонувати.

Живим системам властива адаптація, тобто пристосу­вання до умов середовища.

Стрес – важлива пристосувально-захисна реакція живої системи на будь-який внутрішній чи зовнішній вплив.

Будь який фактор, що впливає на живу систему та викликає адаптацію,  є стресовим фактором.

Стресори, що діють на таку біологічну систему, як організм, викликають пристосувальну зміну гормонального фону, в результаті покращуються захисні можливості, підвищується стійкість, життєздатність. Адаптивна реакція організму відбувається за такими стадіями (за Сел’є):

1. Реакція тривоги. В результаті первинного зіткнення із стресом, здатність протистояти знижується.
2. Стадія протистояння та адаптації. Організм пристосовується до нових умов існування. Здатність протистояти стресовим факторам дуже велика.
3. Стадія виснаження.

Якщо стрес відбувається в рамках перших двох стадій, все нормально, це навіть корисно для організму.

Згідно закону оптимуму, кожен з факторів має лише певні межі позитивного впливу на організми. Межі інтенсивності дії екологічного фактора, сприятливі для організмів певного виду, називають зоноюоптимуму. Чим більше інтенсивність дії екологічного фактора відхилятиметься від оптимуму в той чи інший бік, тим більше буде його пригнічувальна дія на живі організми (зона пригнічення). Значення інтенсивності дії фактора, за якими існування організмів стає взагалі неможливим, називають верхньою та нижньою межами витривалості.

Якщо інтенсивність дії хоча б одного з факторів виходить за межівитривалості, існування виду стає неможливим, незважаючи на оптимальне поєднання та інтенсивність дії інших. Так,нестача вологи гальмуватиме процес фотосинтезу навіть за оптимальних освітлення і концентрації С0₂ в атмосфері.

Фактор, інтенсивність дії якого наближується до меж витривалості або виходить за них, називають обмежувальним. Обмежувальні фактори визначають територію розселення виду – його ареал. Так, поширення багатьох видів тварин на північ стримується нестачею тепла і світла, на південь – дефіцитом вологи.

Висновок: стресовим можна вважати будь-який вплив на біологічну систему, якщо він викликав її адаптацію. Але стрес буває як корисним (сприяє пристосованості і розвитку живих систем), так і шкідливим, якщо дія фактора (поєднання факторів) виходить за межі витривалості біологічної системи.

 

• Голодний і щасливий. Як з біологічної точки зору можна пояснити позитивний ефект оздоровчого голодування?

В одному єгипетському папірусі II-го тисячоліття до н.е. є вираз: "Людина їсть надто багато. Вона живе тільки на чверть того, що вона з’їла, на рештуживуть лікарі".

Оздоровче голодування при правильному його проведенні і відсутності протипоказань може допомогти позбутися багатьох хвороб: ожиріння, гіпертонічної хвороби, атеросклерозу (відкладання холестеринових бляшок на стінках судин) , захворювань суглобів, хронічних запалень органів травного каналу, алергічних проявів. Після курсу голодання у хворих поліпшується стан нервової та статевої системи. Лікувальне голодування сприяє виведенню кінцевих продуктів обміну речовин з організму, які накопичились у клітинах та міжклітинній рідині.

Спробую пояснити, що ж відбувається з організмом з біологічної точки зору.

Щодня в організмі утворюється неймовірна кількість токсинів та інших шкідливих речовин. Частина з них виходить завдяки виділенню через нирки, кишечник, шкіру, легені. Але чимала їх кількість залишається і порушує роботу багатьох систем організму. І щоб його (організм) відновити, корисно хоча б раз на тиждень утримуватися від їжі.

1. Оскільки клітини при голоданні організму відчувають нестачу у поживних речовинах як майбутньому джерелі енергії і матерілі для відновлення клітин, вони починають активно використовувати запаси, в хід йдуть також шлаки, та отрути. Так ми позбавляємось від всього непотрібного, наприклад від солей сечової кислоти, що відкладається в суглобах і обмежують їх рухливість. Поїдаються не тільки окремі речовини, а й хворі, перероджені або старі клітини і тканини. З'їдаються спайки, шрами, пухлини, меланоми, родимки, зморшки. Тривале голодування (більше 14 днів) може вивести пісок і камінчики з жовчного і сечового міхура; розсмокчуться більшість відкладень солей, спресованого слизу і пухлин різного виду.
2. Переважна більшість речовин, що розщеплюються при голодуванні, білкової природи.  Чому? Білки виконують безліч функцій в організмі:ферментативну, скоротливу, захисну, енергетичну, будівельну, гормональну. Тому існування без них неможливе. Білки як полімери  будуються з мономерів – амінокислот. А де взяти ці амінокислоти? Треба розкласти інші білки, непотрібні клітині і нехарактерні для неї на компоненти (цеглинки) –  амінокислоти. А вже з них побудувати потрібні білки.
3. При нестачі поживних речовин клітини тіла спочатку стають меншими за рахунок зменшення розміру самих органоїдів, а також їхньої кількості, що пов’язане з меншим на них навантаженням по переробці речовин, поступаючих у клітину. Але клітинне ядро ​​зазвичай зберігає свої параметри і втрачає так мало маси, що стає крупніше відносно іншої частини клітини. Меншим господарством і керувати легше. Тому у такій клітині краще йдуть обмінні процеси, в результаті відбувається швидке відновлення тканин. Так 2-х тижневе ОГ відновлює тканини 40-річної людини до стану 17-річної.Під час ОГ чиститься весь організм.
4. При голодуванні активізується Центральна нервова система за принципом стресу на брак харчових речовин. Після ОГ людина відчуває приплив енергії, поліпшується пам'ять, зростає інтуїція.

Висновок: при правильно проведеному оздоровчому голодуванні організм звільняється від непотрібного баласту, переходить на внутрішнє харчування за рахунок резервних білків і в першу чергу за рахунок ослаблених або пошкоджених тканин, пухлин, спайок (які складаються з білка). У цьому і полягає оздоровчий ефект голодування.

 

 

 

 

• Самоліквідація.Автоімунні реакції – функціональні порушення регуляції імунної відповіді, пов’язані з формуванням імунної відповіді до антигенів власного організму. При дії високих доз іонізуючого випромінювання, незважаючи на розвиток загального вторинного імунодеціциту, у крові, як правило, спостерігається зростання загального рівня циркулюючих антитіл, що здатні зв’язувати антигени власного організму. Поясніть причини такого явища.

Саме слово «аутоімунні» легко розшифровується Ауто – сам, імунні –знищення, ліквідація. Тобто організм іноді «нападає» сам на себе, на здорові тканини і органи. Причини таких реакцій бувають різноманітні: генетичні дефекти в роботі імунної системи; наявність в організмі пошкоджених клітин і органів (у нашому випадку, в результаті дії радіації); а також тривалий імунодефіцитний стан, що розвивається під впливом хронічних захворювань, неправильного способу життя, впливу забрудненого середовища.

Всі ми знаємо з курсу 9 класу, що існує дві ланки імунних реакцій, а саме, клітинний і гуморальний імунітет. Клітинний імунітет здійснюється завдяки фагоцитам (вроджений неспецифічний) та Т-лімфоцитам (набутий специфічний). Гуморальний пов’язаний з інтерферонами (неспецифічний) та В-лімфоцитами, що утворюють антитіла (специфічний). В умові нашого завдання вказано, що на фоні загального імунодефіциту організм утворює багато антитіл. Це означає, що саме клітинна ланка імунітету працює погано, не може справитися з пошкодженими іонізуючим випромінюванням клітинами, а гуморальна ланка, що пов’язана з В-лімфоцитами і утворенням ними антитіл, навпаки, працює понад норму.

Спробую пояснити, чому це відбувається. Спочатку розглянемо механізм імунної реакції. При потраплянні антигенів (чужородних агентів), н-д, вірусів до організму, першими їх знищувати беруться фагоцити, вони захоплюють ті часточки, розщеплюють, представляють інформацію про них на своїй поверхні (антигенпрезентуючі клітини). Далі інформація передається Т-хелперам. Вони, як розвідники,  «допомагають» тим, що передають цю інформацію іншим клітинам: Т-кілерам (пошкоджують або мітять мембрани чужаків, іноді знищують їх), Т-клітинам пам’яті (допоможуть у майбутньому розпізнати антиген) та В-лімфоцитам. Останні теж поділяються на В-лімфоцити пам’яті та ті, що стимулюють вироблення антитіл, які зв’язують антигени.

Що ж відбувається у нашому випадку. Уявімо, що частина клітин, наприклад, щитоподібної залози, вражена великими дозами іонізуючого випромінювання, скоріше за все, гамма-променями (потік фотонів), вони легко долають шкірний бар’єр. Альфа і бета випромінювання може потрапити всередину тільки через воду або їжу.  Деякі клітини пошкоджені повністю, деякі – частково, деякі просто не можуть виконувати свої функції. Вражені клітини стають чужорідними організму, тому це вже антигени, на які повинна прореагувати імунна система. Відбуваються імунні реакції, ми вже розібрали, яким чином. Клітинна ланка помічає ослаблені або мертві клітини як маркерами, фагоцити поїдають їх, Т-кілери знищують мембрани, антитіла зв’язують. Але якщо імунна система недостатньо сильна і клітинна ланка не може справитися з пошкодженими клітинами, то антитіла продовжують все більше і більше продукуватися. Їх стає так багато, що вже на них йдуть фагоцити і намагаються знищити їх. Коли вже стане багато фагоцитів, то почнуть вироблятися антитіла вже другого порядку (це як другий поверх) на ті антитіла, які були покликані зберегти нормальний стан клітин. Починається атака власних антитіл на власні здорові тканини і органи. В нашому умовному випадку на клітини щитоподібної залози. Вона (залоза) вже не спроможна виконувати свої функції нормально. Розвивається аутоімунне захворювання – тиреоідит. За таким принципом розвиваються всі аутоімунні хвороби.

Отже, бережіть своє здоров’я, підсилюйте імунітет, регулярно проходьте медичні обстеження, не забувайте про ендокринолога. Якщо аналіз крові виявить підвищений вміст аутоантитіл, ви вчасно зможете почати лікування. Зараз є новий хороший препарат Трансфер фактор, який допоможе покращити клітинний імунітет, нормалізувати гуморальну ланку. Цей препарат діє на тимус (вилочкову залозу), яка є місцем диференціації всіх Т-лімфоцитів, тобто ї спеціалізації, «навчання». А всі ми знаємо, що з віком вона частково втрачає свої властивості, зменшується, заповнюється жировою тканиною, а значить, клітинний імунітет стає гіршим. Здоров’я всім вам!

 

• Навіщо ящіркам прямоходіння? Порівняйте переваги прямоходіння для ящірок з іншими тваринами, здатними до прямоходіння.

Спробую дати відповідь за таким планом.

1. Походження прямоходіння.
2. Викопні та сучасні тварини, здатні для прямоходіння.
3. Переваги прямоходіння для деяких ящірок у порівнянні з іншими способами пересування в межах класу Рептилії.
4. Переваги прямоходіння ящірок у порівнянні з прямоходінням особин інших систематичних категорій.
5. Недоліки прямоходіння ящірок.

1. Винахід прямоходіння належить динозаврам, тобто наземним ящерам. Кінцівки динозаврів, на відміну від інших стародавніх ящерів, розміщувалися під тілом. Серед них були такі, що пересувалися на двох ногах (переважно хижаки дрібних і середніх розмірів) та ті, що використовували чотири ноги (великі рослиноїдні тварини). За будовою скелету всі двоногі динозаври поділялися на тих, що нагадували або ящерів, або птахів, тобто на два загони: ящеротазові та птахо тазові. В останніх був, як і в сучасних птахів, «відкритий» таз, що дозволяє відкладати більші яйця, та полегшений скелет, відсутні зуби. Двоногі динозаври обох груп мали сильні нижні кінцівки та значно менші і слабші верхні. Утримувати рівновагу допомагав великий хвіст.
2. А) Сучасні ящірки, здатні до прямоходіння – шоломоносний василіск і гігантський варан.

Варани можуть стояти на задніх лапах і хвості, щоб оглядати місцевість. При русі на максимальних швидкостях використовують тільки задні кінцівки, передні ж, набираючи швидкість, відривають від землі. Хвіст використовують як кермо при рухах та батіг при боротьбі з ворогом.

Василіски можуть дуже швидко пересуватися на двох кінцівках по воді. На уповільненій зйомці видно, що він просто дуже швидко гребе за допомогою задніх лап з величезними кігтями. Хвіст використовує як кермо.

Б) Сучасні тварини інших систематичних груп, здатні до прямоходіння. Клас Ссавці: Сумчасті (кенгуру),  Гризуни (тушканчик, соня садова, ємуранчик), Хижі (сурікат), Примати. Представники класу птахи по землі теж пересуваються на 2 ногах.

3. Переваги ходіння на двох ногах у порівнянні з іншими способами пересування рептилій.

• Кінцівки розташовані знизу тулуба, а не з боків, як у більшості плазунів. Тому вони вже не плазують, покращується маневреність та швидкість руху.
• Рух на двох кінцівках, а не на чотирьох, має такі переваги: зручніше шукати здобич, вчасно помічати небезпеку.

4. Переваги прямоходіння ящірок у порівнянні з прямоходінням особин інших систематичних категорій.

• Використання хвоста ящірками допомагає краще маневрувати та утримувати рівновагу, іноді спиратися на нього та використовувати як батіг.
• Тварини, що не мають хвоста та спираються при ходьбі лише на одну пару кінцівок, перевантажують свої кінцівки. Так наша склепінчаста стопа, яка надає нам пружності, може ставати плоскою, часто викривляються пальці.
• В двоногих ящірок є додатковий рухливий суглоб між рядами передплесна.
• Вертикальне положення тіла впливає також на кровообіг. Для того, щоб повернутися від кінцівок до серця, кров повинна перебороти силу тяжіння. Це призводить до скупчення крові у певних судинах ніг. Двоногі ящірки навчилися з цим боротися. В них більш міцні покриви, тому тонус м’язів ніг не такий важливий.
• Тверді покриви ящірок запобігають і утворенню гриж. В чотириногих тварин кишечник міцно прикріплений до хребта широкою зв’язкою, чого нема в двоногих. В нас же грижі можливі.
• Двоногі ящірки та птахи мають широко розставлені нижні кінцівки, їм легко відкладати навіть великі яйця. Примати ж народжують живих малят. Таз людини (яка постійно пересувається на двох кінцівках, чашоподібний, тому жінкам важко народжувати.

5. Крім переваг, прямоходіння деяких ящірок має і свої недоліки.

• Передні кінцівки таких тварин дещо вкорочені, якби не хвіст, важко було б утримувати рівновагу. Коли така тварина падає, їй необхідно більше часу, щоб піднятися.
• Примати і птахи навчилися краще послуговуватися передніми кінцівками.

6. Висновок: прямоходіння деяких ящірок має багато переваг як перед іншими рептиліями, так і птахами і ссавцями ряду Примати. Вони вдало використовують хвіст, мають більш рухливі задні кінцівки, твердий покрив тіла допомагає утримувати м’язовий тонус і запобігає порушенням кровообігу.

 

• У багатьох казках і легендах трапляється ця міфічна істота — вогнедишний дракон. Якби такі дракони існували насправді, які особливості будови, фізіології та поведінки вони б, на ваш погляд, мали?

Проаналізувавши велику кількість інформації в літературних джерелах, а саме, легендах про вогнедишних драконів, казках про Змія Горинича, про Котигорошка та його боротьбу із драконами,  про левіафана з Біблії (Иов 41:10-13); а також опрацювавши матеріли про викопних гадрозаврів з системами порожнистих ходів в носоглотці, що могли б виконувати функцію вогнеметання, подібно до сучасних вогнедишних комах – жуків-бомбардирів, та інших живих істот, що здатні генерувати світло- та електричні розряди (комахи, риби), ми створили свою модель ще невідомої науці вогнедишної тварини.

Якою наша команда уявляє собі цю істоту? По-перше, вона середніх розмірів, приблизно з собаку. Так їй легше буде захищатися від хижаків, підтримувати температуру свого тіла, знаходити схованки на період линяння. Вона в нас вкрита  не суцільною кутикулою, а щитками, що дозволить їй легше не тільки линяти, а й рухатися, навіть підніматися у повітря! Наша тварина буде літаючою, як справжній дракон, більш того, вона відноситься до типу членистоногі, класу комахи. Ви можете мені заперечити, сказавши, що тварина такого розміру не може бути комахою, адже трахеї  як орган дихання не в змозі забезпечити тварину достатньою кількістю повітря. А збільшення їхньої кількості в організмі дуже сильно вплине на вагу тварини. Але є одне але… В нашої тварини існує дуже цікавий компенсаторний механізм нагнітання повітря у органи дихання, який як раз пов’язаний із вогнедишністю. У звичайних грубках (пічках) збільшення притоку повітря досягається за допомогою вогню. Вогонь допоможе нам різко посилити приток повітря крізь  дихальця. Ще одна перевага, яку надає вогнедишність нашій тварині. Як я вже казав, вона може літати. І не завдяки могутнім м’язам, що зможуть підняти тварину у повітря. Гаряче повітря наповнює порожнини тіла нашої поділеної, подібно іншим комахам, на відділи членистоногої тварини, дозволяючи їй триматися у повітрі.

А тепер, про сам механізм утворення вогню. Таких механізми могло б бути два. Один з них, як в дракона з літературних джерел, уявляється нам менш вирогідним. Його кров містила дуже велику кількість нафти, навіть мала відповідний колір, тому тваринам постійно необхідно було вживати велику кількість нафти. В давні часи це було можливим, адже на поверхню виходили нафтові джерела, існували нафтові калюжі та озерця. Але завдяки технічній революції, відкритих джерел нафти майже не залишилося. Та й однієї нафти було б замало. Необхідний своєрідний загущувач для створення вогню. На жаль, в наших краях не росте гевея, а кульбаб теж немає в достатній кількості і достатній період року. Можна було б використати людський жир у якості загущувача, як у адському вогні, але це було б не гуманно. Для чого нам така тварина, тим більше ми її вигадали самі!  І ще одне але. Наша тварина – не рептилія, а комаха. В неї не кров, а гемолімфа, що виливається у порожнини тіла. Тому контролювати утворення вогню в певних місцях тіла дуже складно.

Другий механізм, як в жука-бомбардира, нам здається кращим. Наша тварина теж буде зберігати суміш гідрохінону (речовини, необхідної для зміцнення покривів тіла) і перекису водню, що є звичайним продуктом обміну речовин,  в спеціальних мускульних мішечках. В звичайних умовах ці речовини не реагують між собою. А в разі необхідності суміш поступає в реакційну камеру з ферментом-каталізатором, відбувається екзотермічна реакція, температура суміші піднімається до 110 градусів. Мить – і потік реактивного газу вистрілює в жертву (або використовується в інших цілях). Отже, полум’я, що видихає наша тварина, багатофункціональне. Ось його функції: покращення механізму дихання, забезпечення польоту, захист від ворогів.

І ще декілька аргументів на користь нашої гіпотези, що ця істота – комаха. Достатньо взяти збільшувальне скло та поглянути на будь-яку шестиногу істоту. Ну чим вам не дракон?!! А казка про Котигорошка? Він просив коваля зробити йому зброю… із звичайної булавки! Значить, дракони могли бути не тільки великими, деякі могли мати розміри комах!

Висновки

1. Наша тварина відноситься до типу членистоногі, класу комахи.
2. На відміну від інших комах має дещо більші розміри.
3. Особливості будови, життєдіяльності і поведінки, в основному, відповідають тим, що є в представників даного класу.
4. Для них характерна двобічна симетрія тіла, яке поділено на сегменти. В тілі розрізняють головний, грудний та черевний відділи.
5. Реактивні камери знаходяться не тільки в голові (функція захисту), а й в порожнинах тіла (функція польоту та покращення газопостачання).
6. Ззовні тіло вкрите хітиновими щитками, як дубильні речовини в них використовується гідрохінони. Вони ж необхідні для захисту тварин від поїдання більшими за них істотами та для утворення реактивної суміші. Час від часу тварини линяють.
7. Мускулатура розвинена добре. Органи дихання – трахеї. Кровоносна система незамкнена. Харчуються різноманітною їжею, здебільшого рослинною, але не відмовляються і від м’яса. Полюють на безхребетних і дрібних хребетних тварин.
8. Політ використовують як для полювання, так і для захисту потомства та втечі від природніх ворогів.
9. Живуть сім’ями.
10. Дружньо ставляться до людей.

 

• Існує кілька гіпотез походження польоту у птахів. Обґрунтуйте ту, яку ви вважаєте найбільш близькою до реальності

Існує кілька гіпотез походження польоту у птахів.

1. З дерев униз (деревна). Гіпотеза створена за прикладом ширяючих хребетних, таких як білки-летяги. За цією гіпотезою протоптахи, подібні до археоптерикса, використовували кігті для того, щоб підніматися на дерева, з яких вони злітали за допомогою крил.

Факти на користь гіпотези: мікрораптор, залишки якого знайдені у Китаї, мав не 2, а чотири крила, що могли розвинутися завдяки стрибкам з гілки на гілку, з дерева на дерево. Анхіорніси, старші мікрорапторів на 35-40 млн років, теж мали 4 крила.

Недоліки гіпотези: найперші птахи не вміли лазити по деревах. В них були недостатньо скривлені та міцні кігті, не такі, як в сучасних птахів, що мають таку здатність.

Покращений варіант гіпотези: першоптахи вибиралися на дерева стрибками з нижніх гілок на верхні, використовуючи для опори задні кінцівки, а поверхня крила створювала додаткову підйомну силу.  В предків птахів це стало можливим завдяки появі анізодактільної лапи (є справжній п’ятковий суглоб і надійна опора на 4 широкорозставлені пальці). При спуску униз найкращим варіантом було вертикальне парашутування, що управлялося машучими рухами зачатків крил.

Переваги покращеного варіанту: зникає необхідність у довгому хвості завдяки хорошій опорі на задні кінцівки, краще розвивається плечовий пояс.

2. Із землі вгору (наземна; від бігаючого тераподного предка). Предки птахів були невеликими наземними хижаками (як сучасний подорожник), що використовували свої передні кінцівки для підтримання рівноваги під час швидкого бігу, а пізніше ці вкриті пір’ям кінцівки розвилися у крила, здатні підтримувати птаха у польоті. Функціями пір’я спочатку могли бути теплоізоляція й статева демонстрація. Інший варіант гіпотези виводить розвиток польоту зі статевої поведінки та бійок. Для привернення уваги протилежної статі розвинулося довге пір’я та сильні кінцівки, що спочатку використовувалися як зброя, а потім стали придатними до махового польоту.

Переваги гіпотези:біпедальність– передні кінцівки звільнилися від функції опори.

Недоліки гіпотези: в бігаючих тварин передні кінцівки часто редукуються; хвіст був би кращим стабілізатором бігу і стрибків, ніж крила.

Покращений варіант гіпотези (Діал):предки птахів навчилися літати, вибігаючи вгору по схилах, подібно до кекликів. При збільшенні крутизни схилів, вони починали махати крилами і піднімалися угору навіть по практично вертикальній площині.

Покращений варіант 1 і 2 гіпотез:гіпотеза атакуючого проавіса (Гарнер, Петерс). Хижаки навчалися польоту, кидаючись на здобич з якогось підняття (скель, обривів, дерев).

3. Навколоводна гіпотеза (Лопарьов). Предок птахів, що жив на нестабільній поверхні заболоченої місцевості, повинен був балансувати своїми передніми кінцівками, подібно до чапель чи пастушків.  Підйомна сила крила могла розвинутися в результаті польоту над екраном водної поверхні.

Факти на користь гіпотези: багато залишків археоптерикса знайдено в морських відкладеннях; водне середовище краще дозволяє тваринам використовувати двоногу ходьбу; найпримітивніші сучасні птахи – пастушкові і журавлеподібні – навколоводні.

Недоліки гіпотези:  як пояснити появу спеціалізованих на ширянні чотирикрилих форм як мікрораптор у навколоводній флорі?

Ми вважаємо, що в різних груп птахів процес адаптації до польоту міг розвиватися по-різному. Різні групи динозаврів по-різному освоювали екологічний простір, шли різними шляхами в залежності від умов проживання. Теплий і вологий клімат мезозою (тріас, юрський періоди) сприяв розвитку рослинного світу, більша частина суші були вкрита густими болотистими лісами. Єдиний суперконтинент Пангея почав розпадатися на континентальні плити, між якими були мілководні моря. В глибині континенту були й сухі відкриті (пустельні) ландшафти. Широкі приморські низовини густо поросли рослинністю. Більшість тераподів, скоріше за все, займали саме цю нішу, найбільш розповсюджену і продуктивну. Вертикальна осанка стала важливою адаптацією, що дозволила їм зайняти нішу хижаків на межі землі і води, а також на болотистих рівнинах. Походження польоту в таких тварин було навколоводним. Інші ж тварини, наприклад археоптерикс, могли в подальшому спеціалізуватися як деревні тварини. Політ тварин з пустельних ландшафтів міг розвиватися за наземним сценарієм. Тому всі гіпотези по-своєму вірні.

Висновок: жодна з представлених гіпотез не є ідеальною. Для того, щоб навчитися літати, тварині необхідно вирішити декілька питань: звільнити передні кінцівки від функції опори, розвинути плечовий пояс, бажано, позбутися важкого хвоста. Кожна група організмів вирішує їх в залежності від середовища, до якого пристосовується. Тому покращений варіант кожної гіпотези має право на існування.

 

• Маленькі діти часто тягнуть до рота навколишні предмети. Обґрунтуйте, чи варто стримувати дітей від такої поведінки.

Спочатку спробуємо розібратися, чому дитина так робить.

Смоктальний рефлекс – один з самих перших безумовних рефлексів дитини. Він забезпечує виживання. Свій ротик дитинка в перший місяць життя використовує для харчування, самозаспокоєння. Приблизно на 1-2 місяці життя в дитини з’являється інтерес до оточуючого світу. Ротик починає виконувати ще одну функцію – пізнання. Що в нього є ще й ручки, малюк виявить приблизно у три, тоді він і їх відправить у ротик для перевірки. А далі підуть вхід і інші об’єкти, до яких тільки можна дотягнутися. В ротовій порожнині дитини на кожен квадратний міліметр приходиться більше нервових закінчень, ніж на будь-якій іншій ділянці тіла. За допомогою ротика малюк визначає не тільки смак, а ще й текстуру об’єктів, їхню величину, форму, температуру; експериментує з ними. Такий спосіб пізнання світу закладений в дитині самою природою. На другому році життя вона вже більше схильна використовувати у своїх дослідженнях пальчики і зір. В цей момент перед батьками стає нелегке завдання – навчити свого малюка правильно користуватися ручками, зором, щоб у майбутньому він міг задовольнятися ними в процесі пізнання. Для розвитку дрібної моторики руки можна виконувати спеціальні вправи: гратися із крупами, торкатися до різних за текстурою поверхонь, ліпити з пластиліну або тіста. Хоча, масажувати пальчики, вкладати у ручки різні предмети бажано вже на перших місяцях, коли дитя ще тільки навчається хапати.

Часто діти тягнуть до рота і жують свої іграшки та інші предмети, коли в них прорізується черговий зуб. Біль і зуд у яснах буває доволі сильним.

Як ми вже з’ясували, ротик – основне джерело пізнання в перші рік-півтора життя. Тому не варто стримувати дитину. Й зовсім не обов′язково, щоб об′єкти, які малюк досліджуватиме за допомогою ротика, були спеціально для цього призначеними (спеціальні кільця, гумові іграшки). Навпаки, він отримає більше інформації, якщо вивчатиме різні за дотиком і текстурою предмети. Більш того, так краще розвиватиметься дитячий мозок. Бо, як відомо, збудження однієї зони кори головного мозку розповсюджується на сусідні. Давайте згадаємо, які зони знаходяться поруч із смаковою зоною кори. Зверху – моторні – вони відповідають за рухову активність крихітки: вміння сідати, вставати, ходити. Позаду – центр рухового аналізатору складних навичок (дозволяє навчитися зав’язуванню шнурівок, збиранню пазлів чи конструктора). Трохи нижче – слухова зона. Внизу – вестибулярна. Попереду – центр Брока (мова і мислення). Але пам’ятайте, стимуляція повинна бути різноманітною. Жування чи обсмоктування однієї й тої іграшки не дасть реакції збудження у мозку, а, навпаки, наступить гальмування. Тому, хай досліджує!

Дуже важливо, щоб малюк навчився чітко розрізняти речі, які можна і небажано тягнути до рота. При чому не можна просто забороняти (дитина часто зробить все навпаки, не тому, що неслухняна,а тому, що їй цікаво, як на неї відреагують). Обов’язково поясніть на доступному рівні, чому неможна, запропонуйте альтернативу. Наприклад: «Палку брати у ротик неможна, вона брудна, несмачна, ти можеш подряпатися. Ти можеш її просто потримати у ручках, а я дам тобі бублика, якщо хочеш щось погризти». Батькам варто слідкувати за чистотою у кімнатах, де грається малюк. Не залишати у доступних місцях ліки, побутову хімію, дрібні та гострі предмети. На прогулянку варто носити із собою вологі серветки, водичку із содою у пляшечці, щоб разі потреби промити ротик дитини. При кишкових інфекціях або їхній загрозі можна давати дитині препарати з лактобактеріями, але не часто, організм мусить навчитися захищатися самостійно. Беручи брудне до рота, дитина тренує свій імунітет! Доктором Еліотом з Айови, гастроентерологом і імунологом, було доведено, що для розвитку імунної системи наявність кишкових глистів нам просто необхідна. Після того, як імунна система витримає бій з паразитами, їй не страшні будуть такі хвороби як алергія і астма. У країнах, де ведеться активна боротьба із мікробами, ці хвороби є розповсюдженими. Але з думкою лікаря погоджуються далеко не всі. Наявність у організмі дитини паразитів призводить до небажаних наслідків, тому мити руки й бути охайним ніхто не відміняв!

Висновки: не варто стримувати дитину, коли вона бере до ротика безпечні і чисті предмети. Через ротик дитина пізнає навколишній світ, стимулює розвиток свого мозку, отримує задоволення, полегшує відчуття при прорізуванні зубів, навчається протистояти інфекціям. Допоможіть краще дитині робити це безпечно, а також навчіть використовувати й інші методи та шляхи пізнання!

 

• У багатьох групах організмів існують види, що відрізняються особливою стійкістю до йонізуючого випромінювання. На основі аналізу проблем, які створює йонізуюче випромінювання для функціонування таких організмів, охарактеризуйте стратегії їхньої високої радіостійкості.

Виходячи з даного питання, нам необхідно:

1. Проаналізувати проблеми, які створює іонізуюче випромінювання для функціонування всіх живих організмів.
2. Знайти стратегії радіостійкості окремих видів в межах їхніх систематичних груп, а не порівнювати радіостійкість різних таксонів

Проблеми

• Розрізняють пряму і непряму дію радіації на живі організми. Пряма дія енергії випромінювання на молекулу – переведення її у збуджений (іонізований) стан. Найбільш небезпечні пошкодження структури ДНК.
• Непряма дія: пошкодження молекул, мембран, органоїдів клітин, що викликаються продуктами радіолізу води. Поясню. Випромінювання викликає іонізацію води. Іони води здатні утворювати вільні радикали, що пошкоджують нуклеїнові кислоти, білки-ферменти, ліпіди мембран.
• Високоорганізовані організми страждають від порушення функцій органів і систем.
• Радіоактивне ураження рослин проявляється в гальмуванні росту, зниженні врожайності, репродуктивної якості насіння. Може викликати загибель.
• Доза опромінення в 10 Гр смертельна для всіх ссавців. Для мікроорганізмів – 106 Гр.
• При нагромадженні в клітинах ушкоджень ДНК організм швидше старіє (за найпоширенішою гіпотезою старіння).
• Опромінені клітини, навіть коли відбувається відновлення клітин, тканин та їхніх функцій, гинуть раніше, ніж неопромінені.
• Радіація є однією з причин мутацій (генетичних змін), якщо вони виникають у соматичних клітинах, то це може призвести до ушкодження функцій одного організму, викликати захворювання, сприяти розвитку пухлин, призвести до загибелі.
• Мутації в статевих клітинах сприяють виникненню генетичного вантажу, тобто можуть передатися нащадкам.

Радіостійкість рослин в межах однієї систематичної групи залежить від:

• Щільності популяції, чим вона більше, ти меншу дозу опромінення отримають рослини.
• Типу ґрунту, на чорноземах радіоактивне забруднення менше.
• Віку. Радіоактивні речовини здатні накопичуватись у надземних органах.

• Видових і сортових особливостей.Рослини, які утримують більше кальцію, накопичують більше радіоактивного стронцію, а рослини, що відрізняють­ся високим вмістом калію, накопичують більше цезію.

Радіостійкість тварин в межах однієї систематичної групи залежить від:

А) Зовнішніх факторів: температури середовища, наявності кисню в атмосфері.

Б)  Внутрішніх факторів:

• Віку. Найбільш чутливі ембріони і новонароджені (в їхніх клітинах частіше здійснюються поділи), а також особини похилого віку (порушені процеси репарації – відновлення).
• Статі– особини жіночої статі є радіостійкішими. Чоловічий гормон тестостерон збільшує смертність опромінених тварин.
• Стану здоров’я– хворі тварини радіочутливіші.
• Харчування– тварини на безбілковій дієті значно чутливіші до опромінювання. Важливо мати в раціоні також достатню кількість вітамінів, але зменшити в раціоні рослинні жири.
• Гормонального статусу– при недостатності адренокортикотропного гормону (виробляється гіпофізом, впливає на наднирники) радіочутливість збільшується.
• В популяціях тварин при змінах умов середовища, н-д, при збільшенні радіації, особини з кращими на даний момент генетичними пристосуваннями мають більше шансів вижити і дати потомство, а їхні сприятливі генетичні зміни закріпляться у новому поколінні.

Наведу деякі приклади кращих пристосувань до дії випромінювання

1. Деякі комахи збільшують кількість меланіну в зовнішніх покривах.
2. В людей блондини більш радіочутливі, ніж брюнети.
3. Доведено, що чим більше в організмі ссавців тіолових речовин (сірчаних аналогів спіртів), тим вони більш стійкі до дії випромінювань.
4. Пониження обміну речовин в організмі зменшує кількість енергії, що споживається. Підвищується ККД роботи організму, він стає стійким до дії шкідливих факторів, в тому числі і радіації. Такий ефект досягається адаптацією до гіпоксії (кисневого голодування). В експерименті радіоактивному випромінюванню піддавалися дві групи мишей. Перша група, що не була адаптована гіпоксією, загинула повністю. У тренованих мишей смертність склала 20%.
5. В одному з американських ядерних реакторів знайдено радіостійких мікрококів, поглинута доза добового опромінення була в мільйони разів вище абсолютної смертельної дози для представників найпростіших – 5тис Гр. Мікрококі – найстійкіші до випромінювання види на Землі! В кожній їхній клітині є декілька копій спадкової інформації, упакованої у вигляді кілець, що дозволяє відновлюватися після пошкодження. В клітинах також утворюються білки, що забезпечують цілісність геному, а також ферменти, що захищають від окислювального стресу (дії вільних радикалів).
6. Серед ссавців деякі представники гризунів (сурки, піщанки) – мешканці пустель – мають парадоксальну для цього класу тварин стійкість до радіації. Виявляється, популяції даних тварини довгий час проживали в умовах підвищеного радіоактивного фону і стійкість до радіації в них закріпилася на генетичному рівні.  
7. Радіорезистентність (стійкість до дії радіації) можна викликати, піддавши організми невеликим дозам випромінювання. При цьому активуються декілька захисних механізмів, таких як зміна рівня деяких цитоплазматичних і ядерних білків, підвищена експресія генів (процес, при якому спадкова інформація генів використовується для синтезу білка чи РНК) , репарація ДНК (відновлення після пошкодження).
8. В дрозофіл є радіорезистентні мутації, які передаються по спадковості. Такі мушки мають в кожній клітині кільцеву молекулу ДНК, представлену в декількох копіях. Копії утворюють переплетені кільця. Також в клітинах є ферменти, здатні зшивати пошкоджені ділянки.

Висновки:  радіостійкість організмів в межах однієї систематичної групи залежить від багатьох факторів, як зовнішніх, так і внутрішніх. Організми одного виду, статі, віку теж можуть мати різну радіочутливість.  Механізм радіопротекторної дії часто пов’язаний із зменшенням кількості вільних радикалів, підвищенням вироблення адреналіну, зниженням основного обміну. Більше шансів вижити мають організми, в яких спадкова інформація клітин має копії,  а також є білки, які допомагають відновити цілісність самої клітини та її компонентів. Радіостійкість можна тренувати, наприклад, дослідами з гіпоксією або дією невеличких доз радіації.

 

• Русалочки. Кілька десятиліть тому було висунуто гіпотезу, яка пояснювала утворення характерних рис будови людини тим, що на одній із стадій еволюції її предки почали пристосовуватися до життя у воді. Гіпотеза пізніше не підтвердилася, хоча для багатьох інших систематичних груп ссавців адаптація до життя у воді пройшла успішно. Спрогнозуйте, які особливості будови і фізіології розвинулися б у приматів в ході адаптації до життя у водному середовищі.

Адаптація (від лат.adaptatio– пристосування) – розвиток будь-якої ознаки, який сприяє виживанню виду і його розмноженню. Адаптації до середовища існування можна спостерігати у всіх рисах організації усіх видів живих істот, які живуть на нашій планеті. Наші уявні тварини не стануть виключенням. Їхня зовнішня й внутрішня будова, поведінка стануть пристосованими до нових умов життя.

Пристосованість організмів є результатом дії природного добору, який спричинений боротьбою за існування і ґрунтується на спадковій мінливості.

Основними гіпотезами про те, що людина на одному з етапів своєї еволюції пристосувалася до життя у воді, були гіпотези Харді про наяпітеків, Морган – теорія водяної мавпи. Ян Ліндсберг – походження від вторинноводних приматів. Не буду на них зупинятися, вони не підтверджені. Але на загальній дискусії можемо про це поговорити, якщо схочете.

Спрогнозуємо, що сталося б, якби наші примати стали вторинноводними тваринами. При цьому врахуємо відмінності водного від повітряного середовища життя: більшу щільність води, інші газовий, температурний, світловий, сольовий (!) режими, поширення звуку і електрики.

Середовище життя. Наші уявні істоти живуть на узбережжях солоних водойм (субліторальна зона). Плавають активно (відносяться до нектону), за допомогою згинання тіла, рухів кінцівок. Їжу добувають в основному у воді (риба, молюски, інші морські тварини).

Зовнішня будова, покриви тіла. Скоріше за все, шерстяний покрив зник би. Шкіра має більш грубий верхній шар (епідерміс), вкрита слизом, щоб зменшити тертя, покращити пересування у воді, запобігти зневодненню при збільшенні солоності води. Збільшується також шар підшкірного жиру, який виконує функції термоізоляції, амортизації, зменшення щільності. Товщина цього шару залежить від пори року і температури води (активний шлях пристосування). Під час руху верхній шар шкіри зможе утворювати поперечні хвилі, що полегшують рух при припливах води. Ще шкіра здатна дуже швидко регенерувати (відновлюватися після пошкоджень).

Форма тіла для збільшення плавучості, подолання опору води стає більш наближеної до обтічної: шия менш помітна, малорухлива. Вушні раковини зменшуються, мають спеціальні сфінктери, щоб закриватися під час пірнання.

Розміри тіладещо збільшуються, щоб вміти краще протистояти хижакам.

Нашим тваринам дуже важливо швидко плавати, тому змінюється опорно-рухова система. Значна частина скелету кінцівок захована під шкірним тулубовим мішком, тому вони вкоротилися. Помітно видовжуються кисть і стопа, збільшується число фаланг пальців на кінцівках (їх завжди більше у водних ссавців), можливо, з’являються додаткові пальці. Між пальцями – товсті шкірясті перетинки. Зв’язки кінцівок стають більш міцними. М′язи кінцівок, пресу розвинені краще. Шийні частково редукуються.

Оскільки у воді кисню менше, ніж у повітрі (менше коефіцієнт дифузії), умови дихання значно ускладнені, особливо, коли підвищується температура чи солоність води. Тому значні зміни виникають у кровоносній і дихальній системі наших тварин.

Кровоносна система.Об’єм крові, кількість еритроцитів (що здатні переносити кисень завдяки білку гемоглобіну) збільшується. Під час занурювання відключається периферичний кровообіг (судини шкіри звужуються, а мозку, легень розширюються – так економиться кисень, він поступає туди, де більше потрібен); сповільнюється рух крові; зменшується кількість серцевих скорочень.

Дихальна система. Ніс стає менш виступаючим. Можна було б нашим тваринам змістити ніздрі ближче до тім’яні, щоб не піднімати голови під час плавання. Але вони дуже зміняться зовні, можливо, стануть менш привабливими, тож краще в них будуть інші адаптації. Наші вторинноводні тварини збережуть легені та атмосферний тип дихання як енергетично більш вигідний. Пристосування до знаходження під водою різноманітні: досить великі легені; потовщена плевра; легенева тканина дуже еластична; мускулатура розвинена навіть у стінках альвеол. Наші тварини вміють добре затримувати дихання. Гортань має спеціальні хрящі, щоби повністю ізолювати повітряності шляхи від травних.

Утравній системі:зуби менш диференційовані (не існує чіткої межі між різцями, іклами і кутніми). Морську воду не п’ють, витягують її з їжі (як кити). Концентрація солей у крові і тканинах більша, ніж у тварин суходолу.

Виділення. Сеча стає більш концентрованою для економії води.

Способи орієнтації і органи чуття.

Слух.Звук у воді поширюється швидше і далі, ніж у повітрі. Можливо, наші тварини розширять свій діапазон слухового сприйняття і почнуть уловлювати, наприклад, інфразвукові коливання, завдяки чому почують звуки, що виникають від тертя хвиль об повітря. Так вони заздалегідь дізнаються про наближення шторму і відпливуть від берегів. Уникання несприятливих умов – теж один з шляхів адаптації! Сприйняття та відтворення ультразвуків теж не завадить. Було б непогано водним приматам лікувати пошкоджені органи саме власним ультразвуком! Вони ж в нас високоорганізовані тварини! Ряд гідробіонтів відшукує їжу і орієнтується за допомогою ехолокації - сприйняття відбитих звукових хвиль. Це було б дуже корисним пристосуванням.

Зірстає менш важливим. Він дещо слабшає, тому що рогівка стає більш пласкою.

Нюхрозвинений добре. Дуже чутливі хеморецептори для сприйняття хімічного складу середовища.

Зміна умов у водному середовищі викликає і певні поведінкові адаптації:здатність до будівництва житла. Осьминоги, наприклад, яких Акімушкін називає приматами моря (навіть є однойменна книга), можуть будувати досить складні споруди з підводного каміння. Вони складаються з покривних плит, підпор, мають вентиляційні отвори. Спілкуватися, подавати сигнали можуть за допомогою свисту (як дельфіни), або змінюючи забарвлення тіла за допомогою спеціальних клітин шкіри – хроматофорів – як в восьминогів. Ці клітинки заповнені пігментами декількох кольорів, вони дуже еластичні, тому можуть як сильно звужуватись, так і збільшуватися в розмірах. Кожен хроматофор з’єднується нервовими клітинами з головним мозком, який і керує його роботою.

Висновки. Оскільки наші тварини змінили своє середовище життя з наземно-повітряного на водне, деякі вихідні ознаки будови стали їм невигідними, відбулася адаптація окремих органів для виконання нових функцій. Еволюція – процес незворотній. Що колись було втрачено – не повернеться. Це я про плавці, зябра. Тому наші тварини змінилися не дуже сильно, але, сподіваюся, зможуть вижити і ще краще пристосуватися до нового. У наших істот буде гола слизька шкіра. Форма тіла наблизиться до обтічної. Збільшаться розміри тіла. Кінцівки вкоротяться тільки візуально (сховаються під покривами), з′являться додаткові пальці. Значні зміни виникнуть в кровоносній і дихальній системах: більші розміри легень, мускулатура у стінках альвеол, хрящі в гортані; збільшиться об′єм крові, кількість еритроцитів. Збільшиться концентрація солей у тканинах та концентрація сечі. Виникнуть зміни в органах чуттів та поведінці.

 

• Вегетаріанська мрія. Зміни у режимах харчування у процесі еволюції призводять до морфологічних, фізіологічних та соціальних змін живих організмів. Це добре видно на прикладі масивних і грацильних австралопітеків, які мали спільного предка, але вибрали різну харчову спеціалізацію. До яких еволюційних наслідків у анатомії, фізіології та поведінці може призвести перехід сучасної людини на суто вегетаріанську дієту?

Спочатку згадаємо про 2 основні групи австралопітеків: масивних і класичних (грацильних). Перші були рослиноїдними. Їхній розвиток був пов′язаний із силовою спеціалізацією, що виявилася неадаптивною. Більше шансів на виживання мали класичні, меншого розміру всеїдні австралопітеки. Їхній мозок, рівень мислення, більша згуртованість і вміння взаємодіяти із членами зграї були розвинені краще не тільки завдяки вживанню більшої кількості білка, а ще й завдяки набутому під час спільних полювань досвіду, вмінню відрізняти корисні, більш доцільні властивості навколишнього середовища. Вони навчилися передбачати небезпеку, краще взаємодіяти, розподіляти обов′язки не тільки на полюванні, а й захищаючись від ворогів,  що і допомогло вижити.

Сучасна людина значно краще забезпечена різноманітною їжею. Людина, яка вирішила в силу своїх переконань (чи хвороби) стати вегетаріанцем, має всі шанси на повноцінне життя. Вегетаріанство – спосіб харчування, при якому людина не вживає продуктів, отриманих шляхом вчинення насильства: м′яса, риби. Деякі вегетаріанці дозволяють собі молочні продукти та яйця (лакто-ово-вегетаріанці), вегани ж не вживають нічого тваринного.

Всі ми знаємо, що основу клітин нашого організму становить білок. Він є основою для формування тканин і органів. Веган може поповнити свій раціон вживанням достатньої кількості рослинних білків (горох, квасоля, соя, боби), а інші вегетаріанці здобудуть білок ще й з молочного та яєць.  Є незначні проблеми: рослинні білки містять не всі амінокислоти; вони (білки) засвоюються гірше, та ще й рослинна клітковина заважає засвоєнню.

Важче із вітаміном В 12 (нестача призводить до захворювань нервової системи). Він є тільки в продуктах тваринного походження. Тому веганам доведеться вживати вітамінні добавки.

Залізо, що в рослинній їжі, погано засвоюється організмом, тому вегетаріанці схильні до ризику захворіти анемією. Деякі техніки приготування їжі, як, наприклад, замочування бобових і пророщення зернових і насіння, можуть підвищити засвоєння заліза організмом.

Рівень кальцію менше тільки у веганів. І знов вихід – біодобавки. Те саме стосується і цинку, що погано засвоюється з рослинної їжі.

А тепер про еволюційні наслідки, до яких може призвести перехід на вегетаріанську дієту.

Фізіологічні наслідки

• Краще почнуть функціонувати кишечник та підшлункова залоза, цьому сприятимуть багаті клітковиною і харчовими волокнами продукти.
• Зменшиться навантаження на нирки завдяки меншій кількості солі у їжі.
• Значно поменшає хворих на гіпертонію, – в овочах є речовини, які знижують артеріальний тиск.
• В крові вегетаріанців нижчий рівень холестерину. Тому знизиться рівень захворюваності на атеросклероз, ішемічну хворобу.
• Покращиться стан шкіри – рослинні волокна сприятимуть очищенню організму від токсинів; вітамін Е теж корисний для шкіри.
• Зменшиться вага. Люди почнуть заміняти цукор у стравах на овочі і фрукти, багаті корисними вуглеводами.
• Людство почне менше хворіти на застуду, ГРЗ завдяки більшому споживанню їжі, багатої на вітамін С.
• Стане менше інфекцій, що передаються тваринами.

Анатомічні наслідки

Багато хто вважає людину хижаком, адже в нас є ікла, невеличких розмірів кишечник та інше. Насправді, ми маємо більше спільних рис саме з рослиноїдними тваринами, що харчуються переважно плодами: гострі різці, дещо притуплені ікла, плоскі кутні. Наші слинні залози розвинені добре, містять ферменти, що перетравлюють крохмаль. Довжина нашого кишечнику так само як і в плодоїдних, перевищує довжину тулуба у 8 разів (у травоїдних – у 20-28 разів). Отже, наш далекий пращур харчувався плодами, злаками, соковитими овочами, про що свідчить будова травної системи. А вживання м′яса – це просто звичка, що виникла колись через брак потрібних поживних речовин, особливо білка. Ми знаємо, що вуглеводи та жири не можуть перетворюватись на білок, такий необхідний будівельний матеріал. А знайти рослинні продукти, багаті на білок, було дуже важко.

Ми вважаємо, що тіло людини-вегетаріанця зміниться несильно. Можливо, зменшаться нирки (чи кількість в них нефронів), через те, що навантаження на них стане меншим. Зменшаться розміри тіла: вага, ріст. Зменшиться сила м′язів. Збільшиться довжина травного тракту, чисельність бактерій у кишечнику – для того щоб розщеплювати важку клітковину, потрібно більше часу.

Поведінкові,  соціальні, екологічні та інші наслідки

• Стане менше агресії.
• Зникнуть релігійні протиріччя (індуїсти, джайністи та деякі інші не їдять м′яса).
• Буде менше соціальних конфліктів, війн, пов′язаних із нестачею їжі.
• Збільшиться кількість людей, задіяних у вирощуванні врожаїв рослин.
• Зменшиться кількість голодуючих. Виробництво рослинної їжі є більш ощадливішим, ніж тваринної.
• Покращиться стан біосфери через зменшення кількості відходів тваринництва.

Висновок: в наш час суворе вегетаріанство – веганство – не можна вважати раціональним харчуванням. Таким людям доведеться вживати різноманітні харчові добавки для забезпечення правильного функціонування організму. Нестрогі вегетаріанці, що їдять молочне, яйця, морепродукти, при правильному, збалансованому раціоні, можуть стати більш здоровими, прожити довге, щасливе життя, не загубивши при цьому життя іншої живої істоти, не маючі докорів сумління через недотримання релігійних передписань та заборон.

 

• Тополі шепочуть в полі. У наш час питання «чи можуть рослини розмовляти» з категорії наукової фантастики перейшло в категорію наукових досліджень. Розробіть схему основних засобів «спілкування» рослин між собою і з оточенням.

Отже, основні засоби спілкування рослин.Наша команда їх розподілила на таки основні групи.

І. За способами спілкування (ЯК СПІЛКУЮТЬСЯ?)

ІІ. За метою спілкування (ПРО ЩО ІНФОРМУЮТЬ?)

ІІІ. За середовищем передачі інформації (ДЕ СПІЛКУЮТЬСЯ?)

ІV. З ким спілкуються?

ЯК СПІЛКУЮТЬСЯ?

1. За допомогою біохімічних сигналів, що передаються через повітря, ґрунт, сітку мікоризи. Через акустичні сигнали (звукові хвилі) на наномеханічному рівні, що сприймаються і видаються самими клітинами. Можуть передаватися як через повітря, так і крізь землю. (Дослідження австралійських вчених)
2. Завдяки фізичним контактам, у тому числі через молекули РНК на молекулярно-генетичному рівні). Дослідженням займався Джим Вествуд. Після того, як рослина-паразит повитиця прикріплюється до рослини-хазяїна, між ними починає відбуватися інтенсивний двосторонній обмін інформацією. Багато тисяч молекул РНК, що передаються як  в одному напрямку, так і у зворотному служать доказом досить інтенсивного діалогу між рослинами.При "діалозі" повитиця збирає інформацію про рослину-хазяїна, про його стан, і наказує йому знизити рівень захисту.
3. Завдяки тіні. Змінюється просторове положення частин рослини, що позначається на змінах конфігурації тіні. Тінь по-іншому потрапляє на рослини, що знаходяться поблизу. Ті, в свою чергу, реагують.
4. Рослини здатні випромінювати енергію в різних областях ультрафіолетового спектру. Так само, як і в людей, зустрічаються рослини-вампіри, рослини-донори енергії та нейтральні для оточуючих. Одна й та сама рослина іноді може поводитись по-різному, до одних сусідів вони поставляться дружньо, до інших – не дуже)))). (Дослідження проводилися у Індії, в Австралії Монікою Гальяно, у Воронежі - Россія)
5. Рослини мають власні (змінні!) електромагнітні поля, які можна виміряти гальванометром. Такі поля – ніби неонові вивіски для комах-запилювачів. Вони повідомляють про наявність чи відсутність нектару. (Британський вчений Деніел Роберт; професор Каліфорнійського університету Фогель)
6. Електричними сигналамиможуть спілкуватися рослини, що знаходяться дуже близько і контактують між собою.Дослідження за допомогою електродівГуберта Феле з Гісенського університету.
7. Зміною забарвлення органів в залежності від фази розвитку.  Наприклад, медунки сигналізують запилювачам зміною кольору квітки про те, чи варто їх відвідати. Молоді квіти рожеві, старі – фіолетові.

ДЕ СПІЛКУЮТЬСЯ?

1. Передача сигналів через повітря. Біохімічні сигнали, що передаються ушкодженими рослинами досліджували у нашому українському Інституті загальної та педагогічної психології за допомогою енцефалографа.Дослідники з Інституту прикладної фізики з'ясували, що в ситуаціях стресу рослини виділяють газ етилен.Придумавши конструкцію, що переводять кількість газу, що виділяється в звукові сигнали, вони змогли почути крики і стогони переляканих рослин. Наприклад, кущ аґрусу голосно стогне, коли його поїдає борошниста роса. Британські вчені зняли на камеру «розмову» рослин, додавши до газів, що вони виділяють, фотофорний ген світлячка.
2. Через ґрунтпередаються як звукові сигнали, так і біохімічні.
3. Через мікоризу(грибокорінь). Гриби-симбіонти, що своїми гіфами обплітають коріння рослин, можуть передавати інформацію від рослини до рослини. (Дослідження китайських вчених)

ПРО ЩО ІНФОРМУЮТЬ?

1. Крики про небезпеку та допомогу. Рослини не лише видають інформацію: «Я у небезпеці!», вони конкретизують, що саме їм загрожує.Якщо кукурудзу, тютюн чи бововник захоплює гусінь, ці рослини виділяють у повітря речовину, яка приманює ос — запеклих ворогів гусениць.
2. Оповіщення. Рослини не тільки кличуть на допомогу, але і можуть сприймати сигнали сусідів. Коли паросткам ячменю завдає шкоди гусінь, грибок, борошниста роса чи павутинний кліщ... вони виділяють хімічні речовини, які викликають захисну реакцію у здорових рослин, що ростуть неподалік.
3. Захист території.Рослини змушені конкурувати один з одним за «місце під сонцем», використовуючи хімічні речовини для придушення противника і захисту союзників.
4. Приваблення запилювачів

З ким спілкуються?

1. З особинами свого виду
2. З іншим рослинами
3. З комахами-запилювачами.
4. Із шкідниками
5. Із ссавцями. Наприклад, м’ясоїдне латаття з острова Борнео, щоб вижити, навчилося керувати летючими мишами. Форма квітки рослини ідеально пристосована для відображення сигналів ехолокації кажанів.

ВИСНОВКИ. Закінчити хочеться такими словами:«Якщо б не було спілкування, кожна істота на Землі нагадувала б одинокий острів, відокремлений від таких же самотніх островів». Обмін інформацією між рослинами викликає справжнє захоплення. Вони є одними з найбільш комунікабельних живих істот. І тепер, завдяки Турніру, ми про це знаємо. А ще знаємо про те, що в природі часто відбувається набагато більше процесів, ніж це можна уявити. Тож, успіхів вам всім у здобутті нових знань!

 

• Рослини-вегетаріанці. Дослідники з британського Університету Лафборо виявили, що звичайна росичка (Droserarotundifolia) - хижа рослина, яку можна знайти на болотах Північної Європи, - стає «вегетаріанцем». Поясніть можливі причини виникнення і наслідки такого «вегетаріанства».

Всі рослини можна розділити на дві великі групи за типом отримання поживних речовин – автотрофи і гетеротрофи. Переважна більшість існуючих на Землі рослин відноситься до автотрофів, які утворюють органічні речовини з неорганічних у процесі фотосинтезу. Невелика кількість видів рослин належать до групи гетеротрофів, які отримують поживні речовини або за рахунок організму господаря (рослини-паразити), або поїдаючи безпосередньо комах (рослини-хижаки).

Рослини хижаки – це, в основному, багаторічні трав'янисті рослини. Вони ловлять комах, в окремих випадках інших невеликих тварин, використовуючи їх в якості додаткового джерела живлення (головну роль грає азотисте харчування). Комахоїдні рослини широко поширені по всій Землі. До них відносяться приблизно 50 видів з шести родин (росянкових, непентесових, пухирчаткових, цефалотових і сарранціевих). Середовищем існування комахоїдних рослин є прісні водойоми або заболочені луки та болота, де спостерігається нестача азотистих сполук, необхідних для росту рослин. Щоб компенсувати недолік нітрогену, а також калію, фосфору, натрію, магнію, рослини-хижаки вдаються до лову комах.

Одним з представників хижих рослин є росичка звичайна (круглолиста). Її можна знайти в нас скрізь на болотах, сфагнових мохах, торфяниках. На листках, зібраних у прикореневу розетку, розташовані волоски, кожен із яких має на кінці велику яскраво-червону головчасту залозку. Залозки  (а вони червонуватого відтінку) виділяють секрет — клейкі блискучі краплинки, схожі на краплинки роси (звідси й назва — росичка). Привабливо мерехтять краплинки під сонячними променями, через що американці назвали рослину травою коштовних каменів. Принаджена сяйвом муха (або інша дрібна комашка) сідає на листок. Ніжки її відразу прилипають до клейкого слизу. Комаха намагається вивільнитися, але борсання лиш посилює виділення слизу. Волоски з краплинами схиляються до мухи, міцно обіймають її. Так починається процес перетравлення.Реакція залозок поширюється тільки на білкову їжу, до дотику трави або падаючого листя, рослина не проявляє ніякого інтересу.

Залозки росички продукують ферменти на зразок пепсину, а також ряд органічних кислот (бензойну, мурашину, яблучну). Завдяки дії ферментів відбувається розщеплення білків організму тварини на амінокислоти та інші прості сполуки, які рослина здатна засвоювати.

Коренева система росички розвинена погано, отже з води і ґрунту вона отримує мало поживних речовин.

Дослідники з британського Університету Лафборо (Джонатан Міллет – автор дослідження) виявили, що звичайна росичка стає вегетаріанцем внаслідок забруднення навколишнього середовища, викликаного людською діяльністю. Основна причина цього – збільшення рівня нітрогену в ґрунті, яке є результатом спалювання викопного палива. Це означає, що рослині більше не потрібно ловити комах для отримання найважливіших поживних речовин, необхідних їй для виживання.

Дослідникиз′ясували, що рослини в результаті такого забрудненнявбирають через кореневу систему 78% нітрогену, а від комах отримують тільки 22%. Тоді як в контрольних популяціях кореневі системи вбирали 43%, а живлення комахами давало 57% нітрогену.

Рослини не просто стали їсти менше комах. Мешканці сильно забруднених територій навіть змінили свою морфологію. Наприклад, вони стали менш липкими, що обмежило їх здатність ловити комах, і навіть змінили колір з червоного, який приваблює комах, на зелений, який дозволяє їм більш ефективно проводити реакції фотосинтезу. Як припускають дослідники, причиною змін є те, що рослини змушені витрачати багато енергії на ловлю  та перетравлення комах. А тому, коли хижацькі властивості більше не потрібні, рослини легко і швидко відмовляються від дієти хижака.

Отже, основні причини виникнення «вегетаріанства» росички – достатня кількість нітрогену в забруднених ґрунтах (відпадає необхідність в його отриманні через додаткові механізми)  та енергетична невигідність м′ясоїдства у порівнянні з вживанням рослинної їжі.

Наслідками таких змін будуть:

1. Якщо і залишиться опушеність волосками росички, вони (волоски) перестануть виконувати ферментативну функцію. Зникнуть залозки, що виробляють ферменти.
2. Залозки надавали росичці червонуватого кольору. Без них росичка повністю стане зеленою.
3. У листках розвинеться фотосинтезуюча тканина, прошарок стовпчастої тканини, де більше хлоропластів, стане ширшим, можливо самі листки стануть темнішими.
4. Краще розвинеться коренева система.
5. Комахи позбавляться одного з природних ворогів, але на їхню чисельність відсутність справжніх росичок мало вплине.
6. Негативні наслідки для людської діяльності будуть мізерними. Наприклад, у Лапландії перестануть використовувати ферменти росичок у сироварінні (сир схожий на сичужний).
7. У Португалії та Марокко не будуть вішати липучки для мух з росичок.
8. Милуватися росичками вже не будуть жителі забруднених регіонів.

У певному сенсі це явище є уроком для м'ясоїдного людства. Поїдання м'яса неефективне – наприклад, для виробництва 500 грам м'яса потрібно близько 7,5 кілограм зерна. І це лише один з аргументів на користь відмови від вживання м'яса, коли воно більше не є необхідним джерелом поживних речовин.

 

 

• Вид Людина досконала. На перший погляд, будова людського тіла є досконалою. Добре розвинений мозок, спритні руки, вміння пересуватися на двох кінцівках й розмовляти дозволяють Людині розумній дивитися звисока на своїх тваринних родичів. Чи є в анатомічній будові людського організму недоліки? Відповідь обґрунтуйте.

Якби комусь доручили розробити більш ефективний людський організм, то результат їх діяльності, швидше за все, значно б відрізнявся від наших тел. Еволюція не призводить до чогось ідеального, і в результаті виходить швидше мішанина з різних адаптацій. Так, еволюційна адаптація привела нас на вершину харчового ланцюга, але всі зміни, які відбувалися з нами і нашими предками, містили в собі не тільки достоїнства, але і недоліки.

1. Біль у спині

Може це все через те, що ми дуже багато сидимо, згорбившись за комп’ютером? Так, це посилює проблеми, але вчені стверджують, що справа тут в конструкції нашого хребта. Коли наші далекі предки переміщалися ще на 4 кінцівках, їхні хребти були коротші, мали форму дуги, на них не було такого навантаження, як на наші, тому щовоно було розподілене на всі 4 кінцівки. Але коли наші предки почали ходити на двох ногах (приблизно 4 мільйони років тому), хребет подовжився, вигнувся S-подібно, щоб краще підтримувати баланс тіла. Наша форма хребта припускає збільшене навантаження на певні його частини, в результаті чого і виникають різні проблеми: зміщення хребетних дисків, болі в попереку, сколіоз, кіфоз і так далі. Крім того, саме те, як людина ходить, провокує прискорений знос міжхребцевих дисків і підвищену ймовірність виникнення міжхребцевої грижі.

2. Ми приречені товстіти

Наші далекі предки ніколи не знали, де і коли вони в наступний раз зможуть поїсти, тому організм пристосувався зберігати енергію у формі жиру для її подальшого використання. Наші тіла настільки добре навчилися це робити, що сучасним людям часто надзвичайно важко схуднути, і майже завжди просто неможливо не товстіти, не приділяючи уваги цьому питанню. Зараз люди звикли їсти тоді, коли їм зручно, тому механізм накопичення жиру працює проти нас. Цих проблем можна було б уникнути, якби ми просто більше займалися фізичними вправами і їли здорову їжу. Різні дослідження доводять, що коли ми намагаємося схуднути, в наших тілах починають вироблятися різні гормони (включаючи герлін – «гормон голоду»), які впливають на наш метаболізм і змушують нас більше їсти.

3. Розтягнення зв’язок колінного суглоба

Наші колінні суглоби є одними з найбільш проблемних частин тіла за кількістю травм, пов’язаних з ними. Коли наші предки стали прямоходящими, то на нижні кінцівки припало все навантаження від ваги тіла, коліна через це постраждали. У жінок тазостегнові кістки ширше, ніж у чоловіків, що ще більше погіршує ситуацію.

4. Проблеми з ногами

Ми отримали можливість стоячи на ногах дивитися в далечінь, діставати до фруктів, які високо висять на деревах, і взагалі звільнили руки для будь-якої діяльності, але при цьому отримали мозолі, плоскостопість та інші проблеми з ногами. Подібні захворювання не є виключно результатом сучасного способу життя і носіння взуття, так як були знайдені скам’янілості стоп наших далеких прямоходящих предків, у яких були такі ж проблеми.

5. Забагато кісток у стопі

Це корисно, коли лазять по деревах, але зараз така кількість кісток (26 у всій нозі) тільки створює додатковий ризик того, що з ними виникнуть якісь проблеми.

6. Важкі пологи

Родові шляхи у мавп влаштовані так, що процес народження проходить набагато легше, а жінкам, як правило, дуже скрутно народити без чиєїсь допомоги з боку. Враховуючи те, що дитині доводитися міняти своє положення, щоб вийти назовні, виникають потенційні проблемипри пологах. Саме перехід до прямоходіння привів до звуження таза.

7. Слабкі кістки

За будовою наші кістки не сильно відрізняються від кісток наших далеких предків. Але за масою вони менше приблизно на 40%, що робить їх менш щільними і більш крихкими. Чому наші кістки стали меншої маси? Мабуть, наші організми мають більш високий потенціал з формування міцних і масивних кісток, але ми його не реалізуємо через малорухливий спосіб життя.

Чи є у людини зайві органи?

Більшість з так званих «зайвих» органів втратили своє первісне значення , але виконують в людському організмі певні функції.

1. В товстому кишечнику, який Мечников вважав зайвим та навіть шкідливим, відбувається синтез вітамінів, а також всмоктування води і солей з продуктів травлення.
2. Апендикс – містить лімфоїдну тканину та допомагає організму боротися з інфекціями.
3. Мигдалини (гланди) — один з органів, який вважався непотрібним — виявилися нашим першим захисником при вторгненні в організм мікробів. Також в ньому виробляються захисні білки — інтерферон, імуноглобулін.
4. Мурашки на шкірі з'являються через активність симпатичної нервової системи, яка іннервує крихітні м'язи, що йдуть до волосків. Ці м'язи піднімають волосся. Такий механізм має дві важливі функції для тварин, у тому числі і для наших родичів: 1) підняте волосся створює над поверхнею шкіри шар теплого повітря; 2) лякати своїм виглядом ворогів. Чи є користь від мурашок нам? Так! По суті мурашки є тренуванням крихітних м'язів, які, скорочуючись, не тільки піднімають волосся, але і підвищують тонус шкіри. Шкіра стає більш еластичною.
5. Зуби мудрості формують овал обличчя.
6. Куприк (залишок хвоста) служить місцем прикріплення тазових м’язів, що відповідають за підтримання внутрішніх органів.
7. Один час медики вважали непотрібним органом і селезінку. А в давнину її навіть видаляли легкоатлетам, вважаючи, що вона заважає при бігу. Але, як виявилося, селезінка відповідає за клітинний імунітет, виконує роль фільтра, очищає кров і сприяє відновленню після інфаркту.

Висновки. Основним недоліками нашого організму є: болі у спині, проблеми з ногами, слабкі кістки і м'язи,  схильність до варикозу, важкі пологи, ми приречені товстіти.Так, це здається нелогічним, що в ході еволюції ми стали більш вразливими,  слабшими, маємо недоліки у будові та функціонуванні організму. Але еволюція не гарантує прогрес. Еволюція – це пристосованість, а не розвиток. Тому в наш час не дуже то потрібно вміти швидко бігати і добре метати спис, але якщо на Землю впаде метеорит і поверне нас в кам’яний вік, то люди саме з такими здібностями будуть краще пристосовані, ніж люди, які майстерно вміють сидіти за комп’ютером по 8 годин на день.

 

• Хромосомна редукція. Обгрунтуйте, чи справді Y-хромосома з часом може зникнути з каріотипу людини?

Спробуємо розібратися, чому виникла така гіпотеза про загрозу зникнення Y -хромосоми.

• Сьогодні вона – найменша за розміром із всіх хромосом.
• Y-хромосома не може спарюватися зі своєю «колегою» –жіночою Х-хромосомою.
• Інші хромосоми обмінюються при спарюванні ділянками – рекомбінують – тільки не Y. Тому змінюватися вона може тільки в результаті мутацій.
• Отримана в результаті мутацій генетична інформація не відбраковується, кількість шкідливих мутацій росте. Тому саме Y-хромосома «ламається» частіше за інших. Так вважали раніше, і, дійсно, так було на початкових етапах еволюції хромосом, до того як з′явились дзеркальні повторення важливих генів в Y-хромосомах.
• Генів у Y-хромосомі дуже мало – близько 90 в людини, це у 12 разів менше, ніж на Х-хромосомі.

Вчені вважають, що колись, до появи у природі чоловічої статі, Y-хромосома була у всьому подібною до сучасної Х-хромосоми, що вони обидві виникли з однієї пари звичайних аутосом (так називаються всі хромосоми, крім статевих). Потім на одному з кінців, майже на самому кінчику колишньої Y-хромосоми утворилася ділянка SRY, що відповідає за чоловічу стать. Через деякий час до неї приєдналися (в наслідок випадкового копіювання чи інших генетичних процесів) інші «чоловічі» гени. І так це «очоловічення» Y-хромосоми стало поступово пересуватися до іншого її кінця, хоча і сьогодні не досягло його остаточно. В обох наших статевих хромосомах залишилося всього 56 спільних генів, Х-хромосома має 1000 непарних генів. За 300 млн років зникло трохи менше 1000 генів, це, в середньому, по 3,5 гена на кожен мільйон років! Звісно, виникли припущення, що Y-хромосома приречена зникнути приблизно за 25 млн років.

Але, як виявляється, деградація Y-хромосоми практично припинилася. Це вперше помітили Дженніфер Хьюз та її колеги з Кембриджського університету штату Массачусетс при вивченні Y-хромосом макак резус (які віддалені від людей 25 млн років еволюції). Вчені дійшли висновку, що за останні 6 млн років деградація людської Y-хромосоми взагалі не відбувалася. А за 25млн років число генів зменшилося тільки на один. І ще, вчені припустили, що гени, які залишилися у Y-хромосомі, можливо, несуть якісь дуже важливі функції. І, дійсно, це підтвердилося згодом.

Зараз відомо, що у процесі еволюції хромосом людини з′явилися ПАЛІНДРОМИ – дзеркальні повторення (копії) важливих генів Y-хромосоми. Одним з дослідників є доктор Пейдж. Таким чином, відсутність копії гена у гомологічній (парній) хромосомі компенсується за рахунок її наявності у іншому кінці дзеркальної послідовності. В даному випадку мутантна копія виправляється за рахунок переносу генетичної інформації.

Ще з′ясовано, що гени, які залишилися в Y-хромосомі, відповідають не тільки за статеві чоловічі ознаки та утворення сперми, а й за виконання інших важливих функцій. Тільки у Y-хромосомі знайдений ген, що відрізняє нас від людиноподібних предків. Відомо, що у всіх ссавців, включаючи приматів, на Х-хромосомі є однакова ділянка ДНК. Тільки в сучасної людини вона скопіювалася також на  Y-хромосому.  Можливо, це і є той самий гіпотетичний «ген людини».

І ще, схоже, що саме Y-хромосома відповідальна за еволюційні зміни в організмі людини. Не всі її гени мають паліндроми, тому накопичені мутації – джерело таких змін.

А зараз припустимо, що Y-хромосома не має повторів важливих генів та приречена на зникнення. Чи знайде вона собі заміну? Виявляється, що так. А ось і докази:

1. Американські вчені Карвальо і Кларк виявили в одного з видів дрозофіл хромосому-самозванця, що не мав нічого спільного з справжньою Y-хромосомою цих мушок. Гени зниклої статевої хромосоми знайшлися на звичайних хромосомах інших пар. А теперішня Y-хромосома – це колишня аутосома, що після деградації давнього «Ігрека» приєдналася до Х-хромосоми.
2. Існують чоловіки, у яких набір статевих хромосом не ХY, а ХХ. При цьому на кінчику однієї Х-хромосоми сидить ділянка SRY. В ході утворення сперматозоїду ця ділянка випадково відломилася від Y-хромосоми і приєдналася до батьківської Х-хромосоми. В результаті запліднення таким сперматозоїдом утворився чоловічий ембріон.
3. Гавайські вчені продемонстрували, що для зачаття здорового потомства самцям мишей достатньо всього двох генів: SRY і другого, що відповідає за формування сперматозоїдів. Отриманими чоловічими клітинами штучно запліднили яйцеклітини і пересадили ембріони в матки самок. 9% вагітностей закінчилися народженням здорового потомства (з Y-хромосомою цей показник – 26%)

Висновки. Y-хромосома людини нікуди не дінеться, всі важливі гени у ній мають повтори у вигляді дзеркальних ділянок. А як би вона і зникла у процесі еволюції, то їй легко би знайшлася заміна. Так що, чоловікам нема за що переживати.

 

• Затори на дорогах. Мурахам часто доводиться рухатися вузькими проходами великим натовпом, але в них ніколи не буває заторів. Як їм вдається вирішити цю проблему?

Мурахи – дуже цікаві тварини з Типу Членистоногі, класу Комахи, ряду Перетинчастокрилих. Це соціальні комахи. Як і у всіх соціальних комах, особини мурашника розділені на три касти: самки, що відкладають яйця (королеви або матки), самці і безплідні самки (робочі). Є ще й солдати. Великі щелепи мурашок-солдатів є їхньою зброєю і робочим інструментом. Робочі мурашки збирають мед бджіл з вуликів і нектар квітів. Після повернення в мурашник вони відригують цю їжу і годують інших робочих мурашок. В їхні функції входять також побудова мурашника і підтримання його в чистоті і порядку, догляд за личинками і лялечками.

Пахучі залози, що виділяють леткі речовини (феромони), заміняють цим комахам мову. За допомогою пахучих міток мурашки сигналізують про небезпеку, відрізняють своїх від чужих, сповіщають про початок сезону розмноження, наявність корму і навіть ... про необхідність винести сміття.

Запах феромонів не дає мурашкам заблукати і збитися з шляху, допомагаючи знаходити дорогу до рідного дому – мурашнику. Це можна довести простими експериментами. Якщо забрати мурашку з стежки, що веде до мурашника, і посадити його на відстані 2 метрів від цієї стежки на землю, він буде блукати деякий час, поки не наткнеться на іншу стежку до свого мурашнику. Якщо, не порушуючи поверхневий шар землі, злегка доторкнулася пальцями до мурашиної стежки, спостерігалося порушення руху, мабуть від запаху пальців рук.

А тепер повернемося безпосередньо до нашого питання.

Німецькі ентомологи звернули увагу, що на підходах до мурашників майже ніколи не виникає заторів, хоча безліч комах снують в різні боки. Вчені під керівництвом Дірка Гелбінга з Дрезденського технологічного університету вирішили вивчити, як саме мурашки регулюють свої пересування. Вони створили дві дороги – коротку і довгу, – які ведуть від мурашника до запасів цукрового сиропу. У декількох місцях дороги перетиналися. На перехрестях мурашки могли змінити маршрут з короткого на довгий і навпаки. Спочатку мурашки добиралися до сиропу по довгій дорозі, проте незабаром деякі з них виявили альтернативний шлях. Ще через деякий час велика частина комах перемкнулася на нього, йдучи на запах феромонів, залишених першопроходцями. Дуже швидко на короткій дорозі скупчилася велика кількість комах, і уже повинен був утворитися затор. Тоді мурашки, які поверталися в мурашник, на перехрестях фізично (своїми тілами) стали перешкоджати мурашкам, що рухалися від "будинку", звернути на коротку дорогу. За словами ентомологів, ці дії не були свідомими: просто на перехрестях не було достатньо місця, щоб двоє комах могли розійтися. Таким чином, частина потоку "відсікалася" від швидкого маршруту і "пробок" на ньому не виникало. Вчені навіть запропонували використати результати своїх досліджень для вирішення проблеми дорожніх "пробок" і передачі даних по мережах. Кожен водій повинен повідомляти водіїв зустрічних автомобілів про дорожню ситуацію, з якою вони незабаром зіткнутися. Це дозволить їм ухвалити адекватне рішення і, наприклад, вибрати маршрут об'їзду "пробки".

 Подібне дослідження проводили й Дарія Попів з Мюнхенського технічного університету та Рікардо Xoap та Джоанн Пеннер з Університету Калгарі (Канада). Вони запропонували програмні забезпечення автомобільного руху на основі вивчення руху мурах.

Так Попів ввела в алгоритм феромони, які є засобами хімічної комунікації між членами колонії комах, і запропонувала, щоб автомобілі на дорогах могли, як мурахи, поширювати і сприймати «феромони», тобто такі сигнали, як «червоне світло», «поворот», прискорення або зменшення швидкості.

Ще одне дуже цікаве дослідження руху мурах.  Американські вчені розробили комп’ютерний алгоритм, який імітує поведінку мурахи у тунелях мурашника. Як пояснює Майкл Гудісман із Університету штату Джорджія в Атланті, проблеми, з якими зустрічаються мурахи у своїх тунелях, фактично не відрізняються від тих, які доводиться долати роботу під завалами, наприклад, внаслідок землетрусу.Вивчаючи поведінку вогняних мурах за допомогою спеціального відеообладнання, дослідники зафіксували, як мурахи в обмеженому просторі послуговуються своїми вусиками-антенами для зондування місцевості.Під час "землетрусів" у вузьких тунелях, які влаштовували науковці, мурахи чіплялися вусиками за вузькі стінки проходу і не падали на дно посудини.Тепер американські інженери працюватимуть безпосередньо над створенням робота, який копіюватиме мурашину поведінку під землею і в перспективі допомагатиме рятувальникам.

Висновок: мурахи орієнтуються у вузьких проходах завдяки феромонам, фізичним контактам, а великих натовпів не виникає тому, що вони діють злагоджено, а не кожен сам по собі. А ще наведені приклади стимулюватимуть нас цікавитись життям і поведінкою різних живих істот, любити й охороняти їх.

 

• Хто кого? Вважається, що швидкий розвиток вірусів – необхідність, зумовлена організмом «хазяїна». У той же час відомо, що віруси відіграють важливу роль у розвитку організмів. Тож аргументуйте, на вашу думку, у більшій мірі віруси впливають на організм чи організм на віруси?

Складне питання, що немає прямої відповіді. Тож, спробуємо розібратися.

Клітина — це елементарна структурно-функціональна одиниця живого. Але є форми життя, які розмножуються тільки всередині живих клітин і, не маючи власного обміну речовин, виявляють такі властивості живого, як спадковість, мінливість. Такі форми жит­тя вчені назвали неклітинними формами життя. До них належать віруси.Уперше віруси (тютюнової мозаїки) були описані ботаніком Івановським у 1892 р.

Будова вірусів

Зріла вірусна частинка (або віріон) складається з нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК), оточеної білковою оболонкою (капсидом). Деякі віруси мають також зо­внішню оболонку, яка містить ліпіди. Жодних інших структур ві­руси не мають, вони можуть розмножуватися тільки всередині клітин, використовуючи їхній білоксинтезуючий апарат, речовини і енергетичні ресурси.

Усередині клітини-хазяїна вірусний капсид руйнується під впли­вом клітинних ферментів, вивільняючи вірусний генетичний мате­ріал, на основі якого синтезуються вірусні білки та відбувається збирання вірусних частинок. Вихід гото­вих віріонів із зараженої клітини часто супроводжується її руйну­ванням.

Заражаючись вірусом, клітина активує спеціальні механізми противірусного захисту, відбувається перепрограмування клітини. Вона починає синтезувати сигнальні молекули — інтерферони, що активують системи імунітету. Пошкодження, спричинені розмно­женням вірусу в клітині, виявляються системами внутрішнього клітинного контролю, і така клітина сама себе вбиває під час апоптозу, або програмованої клітинної смерті.

Вірус, що активно розмножується, не завжди вбиває клітину-хазяїна. Багато вірусів виходять із клітини шляхом відбрунькування від клітинної мембрани, набуваючи при цьому зовнішньої оболонки. У цьому випадку клітина може продовжувати жити і продукувати вірус.

Копія ДНК вірусу може також залишатися в ДНК клітини-господаря,  припинивши свій вірусний цикл. Клітина-господар залишається живою, може ділитися і далі. Якщо це відбувається з клітинами, з яких утворюються статеві клітини, копія ДНК вірусу в геномі господаря може передаватися по спадковості як мутація. 

Існує кілька гіпотез, що пояснюють походження вірусів. Всі вони доводять залежність існування вірусу від клітини-господаря.

За першою гіпотезою, великі ДНК-вмісні віруси похо­дять від більш складних внутрішньоклітинних паразитів, що втрати­ли значну частину свого геному.Значить, вже тоді відбувалася взаємодія клітини та паразита, який її використовував як джерело живлення та місце для розмноження.

Друга гіпотеза: ДНК-вмісні віруси еукаріотів походять від мобільних (рухливих) елементів — ділянок ДНК, які можуть здійснювати самостійну реплікацію в клітині. Ми знову прослідковуємо залежність вірусу від клітини-господаря – нуклеїнові кислоти не можуть функціонувати поза клітиною, тобто для майбутніх вірусів був потрібний генетичний матеріал клітини.

 Третя гіпотеза: походження деяких РНК-вмісних вірусів пов’язують із віроїдами. Вважається, що віроїди є частиною іРНК — «втікачкою», яка випад­ково набула здатності до реплікації. Білків віроїди не кодують–тобто їм знову потрібна клітина з її можливістю синтезувати білок.

Наша гіпотеза того, як відбувалася коеволюція вірусів та клітин-господарів.В процесі еволюції для створення вірусу, його  існування потрібна клітина з генетичним матеріалом та можливістю синтезу білка. В результаті проникнення вірусу в клітину господаря відбувалось утворення часток вірусу з подальшим руйнуванням клітини. Такий масовий процес міг привести до знищення клітин організму, що могло поставити питання про існування в подальшому самого вірусу. Тому виробився механізм розмноження вірусу без руйнації клітин господаря. В результаті цього вірус отримав можливість включати свій генетичний матеріал в ДНК господаря при реплікації власної ДНК (РНК), а також переносити частину генетичної інформації від організму до організму, тим самим сприяючи процесу еволюції організму господаря (20 відсотків ДНК людини колись належало вірусам!).

Висновки. У даному змаганні вірусів і клітин-господарів не може бути переможців. Вірус залежить від клітини, йому не вигідно знищувати багато клітин, бо може загинути господар, а вірус не зможе без нього існувати. З іншого боку, якщо клітина набуде можливості знищувати віруси, її генетичний матеріал не буде оновлюватися, організм господаря не зможе отримувати нові ознаки, які, можливо, колись у процесі еволюції допомогли б пристосуватися до нових умов. Отже,розвиток вірусів – необхідність, зумовлена організмом «хазяїна».

 

 

 

• Секрет вічної молодості. Відомо, що тривалість життя різних організмів неоднакова. Наприклад, гідра потенційно безсмертна, а окуні можуть жити понад 200 років. Поясніть, якими механізмами обмежується термін життя ссавців порівняно з тваринами «довгожителями».

У різні часи вчені прагнули виявити фактори і закономірності,  що  обумовлюють  тривалість життя  тварин.  Існують такі закономірності визначення тривалості життя:

1.  Тривалість  життя  тварин  прямо  пропорційнатривалості  їх  періодуросту  ірозвитку.Тривалість  життя  потенційно  в  5-6  разів перевершує  період  їх  постнатального  росту  і розвитку.

2.Тривалість  життя  тварин  знаходиться  в тісному  зв’язку  з  розмірами  і  масою  їх  тіла. Масивні тварини живуть довше, ніж дрібні. Так, тривалість  життя  мишей  коротша,  ніж  кролів (гризуни і зайцеподібні),  котів –ніж  собак  (хижаки),  коней –ніж слонів (рослиноїдні).

3. Тривалість життя організмів має зворотну залежність  їх  плодючості.  Чим вища плодючість тварин, тим менша тривалість їх життя.

4.Тривалість  життя  тварин  пов’язана  з ритмом  і  частотою  дихання  та  серцебиття.Тварини,  які  мають  високий  ритм  і  частоту дихання  та  серцебиття,живуть  недовго. Наприклад, кролі, в яких ритм і частота дихання  і серцебиття більші, ніж у зайців, живуть майже в вдвічі менше.

5. Тривалість життятварин залежить від типу харчування, наприклад, травоїдні живуть довше за  хижаків. 

6. Тривалість  життя тварин  генетично  обумовленаі  сформувалася  в процесі  еволюції.  Вона  визначається  будовою тіла,  досконалістю  нервової  регуляції  процесів життєдіяльності,загальнобіологічними факторамиі умовами життя.

7. Накопичення вікових змін у клітинах залежить від співвідношення двох процесів: утворення вільних радикалів і їх знешкодження за допомогою супероксиддисмутази – «ферменту антистаріння». Кількість вільних радикалів, що утворюються в клітині, зростає з підвищенням рівня споживання кисню або інтенсивності обміну речовин. Вільні радикали – осколки молекул з неспаренными електронами, мають підвищену хімічну активність. Вільні радикали можуть утворюватися в клітинах під дією радіації, хімічних реакцій і перепадів температури, відновлення молекули кисню.

Визначальними  для тривалості життя всіх тварин факторамиє:

• кормова база;
• середовище життя та екологічне благополуччя;

• забезпеченість спокоєм і можливостями здійсненнявсіх  фізіологічних  процесів;
• діяльність  людини (лише  антропогенним  фактором можна  пояснити  скорочення  життя  сучасних  диких  тварин);

У ссавцівпроглядає пряма залежністьтривалості життяще й від:

• тривалості перідіввагітності,   росту   і   розвитку,
• кількостіскорочень серця за одиницю часу,
• особливостей будови  систем органів, інтенсивності процесів життєдіяльності.

Слон серед наземних ссавців має найбільшу масу тіла (до 5 т), самці статевої зрілості досягають у 18-20 років, вагітність триває до 22 місяців (660 днів),і живе він найдовше – до 100 років.

Проаналізувавши наведені мною дані, та опрацювавши матеріали про тривалість життя різних тварин, наша команда прийшла до висновків, що механізмами, обмежуючими термін життя ссавців порівняно з тваринами «довгожителями», є:

1. Теплокровні тварини, до яких відносяться і ссавці, потребують більше енергії. Це негативно відбивається на тривалості життя.
2. Періоди сплячки та анабіозу теж менш енергозатратні.
3. Чим повільніше ріст та процеси обміну речовин, тим довше життя. Губки забезпечують своє довголіття малою рухливістю і вкрай уповільненим ростом. Антарктична губка, досліджувана вченими, прожила понад півтори тисячі років!
4. Тварини, які ростуть дуже повільно, пізно стає статевозрілими, мають значну тривалість життя (наприклад, окунь).
5.  Зношування незамінних органів. Наприклад, тривалість життя деяких травоїдних тварин обмежується сточуванням їхніх зубів під час пережовування жорсткої трави. У більшості тканин відбувається атрофія клітин і навіть цілих структур, особливо це помітно в нервовій тканині. Деякі ж нижчі тварини можуть оновлювати всі свої органели в результаті обміну інформацією з більш молодими особинами під час кон′югації.
6. Чим простіше побудована тварина, тим їй легше відновити свою структуру.Прикладами таких організмів є морські актинії та прісноводні гідри.
7. Для багатьох вищих тварин характерні відкладення інертних та потенційно шкідливих речовин. Наприклад, пігмент ліпофусцин, відсутній в молодості, в старості становить до 3 % маси серцевого м'язу. Дуже відомі відкладення і у кровоносних судинах — атеросклероз.
8. Тварини, в яких краще розвинена регенерація, мають такі дві переваги: легше відновлюються втрачені структури та, навпаки, гірше розвинена імунна система.
9. Імунна система ссавців розвинена добре. При старінні останньої виникає імовірність виникнення збою: неконтрольованого розмноження ракових клітин або аутоімунних хвороб (організм бореться з власними нормальними клітинами, приймаючи їх за чужорідних).
10. Важливе значення має диференційованість клітин.Існує так званий ефект Гейфліка.  В соматичних клітинах кінцеві ділянки хромосом, теломери, скорочуються при кожному поділі. У людини соматична клітина максимально може поділитися біля 52 разів, після чого теломери зникають, і в клітини запускається програма апоптозу, «альтруїстичного самогубства» клітини. Стовбурові клітини та клітини простіше побудованих організмів (кишковопорожнинних, наприклад) такого ефекту не мають. Вони діляться майже необмежено.
11. Можливо, для утилізації внутріклітинного сміття деякі організми мають специфічні ферменти, яких немає у ссавців.
12.  Тварини з складним життєвим циклом (наприклад, кишковопорожнинні) потенційно безсмертні. А один з видів медуз, як стало відомо останнім часом, практично не має віку. Тварина в певний період свого розвитку може «обернути час назад», повернувшись в «підліткову» стадію поліпа і почати розвиватися заново.

Висновки. Теплокровність, відсутність сплячки і анабіозу, швидкий статевий розвиток та обмін речовин, складніша будова, диференційованість клітин, краще розвинена імунна система – фактори, що обмежують життя.

Тривалість  життя  – видова  генетично  обумовлена  ознака. Це  актуальне  і  цікаве питання біології, вивченню її не надається належної уваги. Результати таких досліджень не лишецікаві, але й особливо корисні   для   сьогодення тамайбутнього.  Необхідно  розширювати  і  поглиблювати  наші знання про апоптоз, фактори, що обумовлюють старіння,  наприклад,  вільні радикали.

 

• Експресивний мозок. У клітинах головного мозку екпресується близько 200 тис. різноманітних мРНК, що в 10-20 разів перевищує цей же показник для клітин інших органів (наприклад, печінки або нирок). Із чим це може бути пов’язано?

В нашої команди було два варіанти відповіді на це запитання. Але зупинилися ми все ж на такому.

Перший, якщо розглядати експресію як процес, при якому спадкова інформація генів використовується для синтезу функціонального генетичного продукту, в нашому випадку, мРНК. А саму мРНК можна розглядати як інформаційну молекулу, яка допомагає краще спілкуватися клітинам нашого організму. Така комунікація передбачає виробництво сигналів одними клітинами, їхнє сприйняття іншими, а також адекватне розуміння і реакцію на ці сигнали завдяки наявності позаклітинних сигнальних шляхів. Відомі комунікації між клітинами за допомогою секретованих молекул (наприклад, гормонів) та рецепторів до них. Такий тип комунікації можна порівняти з віддачею-прийомом команди, а також стереотипною реакцією-відповіддю з конкретним набором дій. Так, підвищення в крові концентрації інсуліну, що виділяється підшлунковою залозою, означає для м’язової і жирової тканин команду по відкачуванню з крові глюкози, а для клітин печінки – команду активувати синтез глікогену.

Чи завжди такого типу комунікацій буде достатньо для самопідтримки організму у неочікуваних, стресових умовах? Дослідження останніх років показали, що клітини організму можуть спілкуватися і спілкуються за допомогою послань, упакованих у мікровезикули. Це мембранні пухирці, що зустрічаються у рідких середовищах організму. Коротко про будову мікровезикули. У їхню мембрану вбудовані білки, що відповідають за упізнавання мембран клітин, злиття мембран, стимуляцію клітин імунної системи. Внутрішній вміст включає різноманітні функціональні білки, мРНК та регуляторні мікроРНК. Частіше мікровезикули утворюється за рахунок вип’ячування зовнішньої мембрани клітин. Продукція мікровезикул підсилюється при патології тканини або при стресовому впливові на клітини. Наприклад, при захворюванні нирок у крові і навіть у сечі будуть виявлятися мікровезикули, склад яких при аналізі на білки і РНК вкаже на те, що вони були «відправлені» саме тканиною нирок як сигнал про допомогу. В самих же клітинах нирок, кісткового мозку відбувається в цей час підвищена експресія мРНК. Ці молекули передають інформацію про небезпеку та конкретні і детальні інструкції її подолання.

Чому ж у клітинах мозку експресується у 10-20 разів більше мРНК, порівняно з показником для клітин інших органів? Мозок забезпечує 5 основних функцій нашого організму: сприйняття, рух, внутрішню регуляцію, розмноження і адаптацію. У корі відбувається складний процес аналізу, переробки інформації, що прийшла від різних органів і тканин, виробляє стратегію поведінки, посилає команди у відповідні частини нашого організму. Координація роботи між окремими клітинами мозку як багоступінчатої структури теж може здійснюватися і за допомогою мікровезикул з мРНК.

Другий (можливий) варіант відповіді.Експресія з грецької перекладається як «вираження», «виявленя». Робота мозку виявляється у тому, що він керує поведінкою, здійснює психічну діяльність, є носієм свідомості та мислення, має важливе значення для духовної діяльності.

Третій варіант відповіді міг би розглядатися з точки зору ролі експресії у формуванні фенотипу.

 

• Для багатьох міфічних істот (вампірів, драконів тощо) існують або існували реальні прототипи у природі. А чи можна когось у природі називати перевертнями?

Перевертнями у світі рослин можна назвати всі «кровожерливі» рослини.  Так венерина мухоловка, звичайна рослина, яку можна вирощувати і в горщику у себе на підвіконні, крім того, що фотосинтезує, як і інші рослини, може поводитися й зовсім як хижак. Листок рослини утворює дві облямовані зубцями частки, кожна з них має чутливі волоски. Черешок відіграє роль петлі. Якщо комашка торкнеться чутливих волосків, то пастка закривається. Комахоїдними  трав’янистими рослинами є й росички, росолисти, жірянки, нерпентеси, пухирники, андровани. Принципи дії їхніх пасток можуть різнитися, але сутність залишається такою самою. Всі вони мають такі пристосування для харчування, що характерні для тварин й зовсім не властиві рослинам. Хижацькі нахили виникають як наслідок пристосування до нестачі поживних речовин, н-д, на піщаних ґрунтах, як в мухоловки. На Мадагаскарі існує і дерево-вампір, що може перетравити навіть людину. На верхівці його стирчать 3-4 метрові листки, загострені як ножі, а між ними розміщуються дві чаші, від яких тягнуться зелені щупальця ліан. Сік з таких тарілок паралізує жертву, створи чаш закриваються, розтрощуючи жертву, що хотіла просто напитися.

До рослин з незвичним способом харчування можна віднести і петрів хрест. Ця трав’яниста рослина зовсім не фотосинтезує. Її стебло червонувато-біле, листки зовсім білі, безхлорофільні. Рослина паразитує на коренях буків, грабів, ліщини, вільхи. В ґрунті знаходиться головна вісь рослини і товста бульба, від якої відходять корені. Вони прикріплюються до коренів рослини-господаря.

Всі ми знаємо, що рослина тим і відрізняється від тварин, що росте на одному місті. Але є й виключення з правила, наприклад,  рослина молодило (в Україні є 4 види). Коли молодило розмножується вегетативно,біля материнської рослини утворюється кілька кулястих розеток-діток. Якщо розетка не знайшла собі вільного місця для укорінення, вона починає повільно перекидатися, як казковий колобок. Листки, що виявляються знизу кульки і дістають більше води, а також менше нагріваються, набрякають і частково розкриваються. Верхні, навпаки, щільно прилягають до поверхні кульки. Набряклі листки згодом перекидають кульку, і вона перекочуються на нове місце, доки не знайде, де вкоренитися.

Досить незвичною є і зміна забарвлення як деяких тварин (Мадагаскарських хамелеонів), так і рослин (медунки: змінюють колір квітів з рожевого на синій, це своєрідний сигнал комахам-запилювачам). Так само змінюють колір печіночниця, сон.

Перевертнями у світі тварин можна назвати летючих тварин, що є «конкурентами» птахів. І хоча пальма першості традиційно залишається за птахами, нетипові «пілоти» варті здивування. Так невеличка ящірка Південно-Східної Азії агама, маючи розміри з долоню людини, за допомогою своїх «крил» – довгих ребер – може долати відстань у 60 метрів. А веслонога борнеоська жаба, що проживає на островах Малайського архіпелагу, «літає» за допомогою кінцівок з перетинками. До летючих тварин відносяться й деякі гризуни (білки-летяги), рукокрилі (крилани й кажани), летючі риби (швидкість, з якою вони вилітають з води, може сягати 65 км/год).

А немертини (представники плоских червів) можуть не тільки сильно зменшуватися у розмірах, а ще й спрощувати свою організацію, утворюючи невелику грудочку однакових клітин. При наявності їжі наслідки голодування швидко зникають, тварини відновлюють свою будову.

Перевертнями можна назвати і всіх живих організмів із складним життєвим циклом (н-д, метеликів і гусінь), з чергуванням поколінь (гаметофіту і спорофіту в вищих спорових) та ін.

Таких прикладів дивовижних перевертнів у світі живого можна знайти дуже багато,варто взяти навіть будь-яку дитячу енциклопедію, тож бажаю всім приємного, цікавого і захоплюючого пошуку.

 

• Еволюція геному. Якими шляхами могла б відбуватися еволюція геному, якби процес зворотної транскрипції був би відсутній?

Спочатку поясню, що таке «зворотня транскрипція». Фермент зворотної транскриптази належить не еукаріотичним клітинам, а особливій групі вражаючих її вірусів (ретровірусів). Ці віруси мають одноланцюгову РНК, один з генів якої кодує зворотню транскриптазу. При попаданні вірусу у клітину, спочатку з вірусної РНК транслюється цей фермент, а потім він допомагає синтезувати дволанцюгову ДНК на матриці РНК (за принципом компліментарності). ДНК вбудовується у генетичний апарат хазяїна. У більшості місць «вірус» буде мовчати, його гени не будуть проявлятися, клітина проживе повноцінне життя, а потім передасть його своїм нащадкам (якщо клітина статева, то цілим організмам).

Завдяки зворотній транскрипції відбувається горизонтальний перенос генів, здійснюється інформаційний зв’язок між різними клітинами організму. І найголовніше – обмін генетичною інформацією в біосфері. Вважається, що всі або майже всі РНК-місткі віруси історично виникли як відповідь на потребу клітин багатоклітинного організму у обміні генетичною інформацією.

Отже, спрогнозуємо, як би відбувалася еволюція геному без ЗТ. Звичайно, еволюція б відбувалася, але значно повільніше. Не було б такої різноманітності видів. Живі організми були б менш життєздатними і пристосованими до умов середовища, більш вразливими. Процес ембріогенезу був би порушений, а регенерація могла б зовсім не відбуватися. Еволюція геному, що пов’язана з наростаючим збільшенням кількості ДНК, здійснювалася би тільки завдяки поліплоїдії (багаторазовому збільшенню набору хромосом), а надлишок генетичного матеріалу видозмінювався в результаті мутацій і відбору. Для компенсації зростаючої кількості генів використовувався би тільки процес скорочення життя у клітині зрілої РНК. У визначенні розміру геному мали би значення хромосомні перебудови, які супроводжуються зміною вмісту ДНК у них, такі, як дуплікація(повтор), делеція(втрата деяких послідовностей у складі хромосоми). Звичайно, процес транслокації (горизонтальний перенос у інші хромосоми) став би утрудненим.

Можливо, обмін спадковою інформацією між окремими клітинами та віддаленими організмами здійснювався би за допомогою ДНК-містких вірусів. Але б тоді цей процес був би значно повільнішим, в рослин же майже неможливим, тому що вони вражуються переважно вірусами з РНК. Не слід забувати і про плазміди – кільцеві молекули ДНК. Ці кілечка можуть розмикатися ферментами, вбудовувати новий ген, переносити його від клітини до клітини.

 

• Терраформування Венери. Уявіть, що ООН оголосила конкурс проектів перетворення венеріанської атмосфери на атмосферу земного типу за допомогою живих організмів. Зробіть коротку презентацію головних ідей свого проекту для цього конкурсу.

Зачитується швидко.Венера — найближча посестра Землі за багатьма основни­ми параметрами. Судіть самі: обер­тається навколо Сонця за 0,62 зем­ного року на середній відстані у 108 мільйонів кілометрів, діаметр майже дорівнює земному, а маса становить 0,95 маси Землі. Тривалий час людство прагнуло відкрити на нашій сусідці життя. Од­нак уже напевне з'ясовано: там дуже густа, непроникна атмосфера, яка складається в основному з вуглекислого газу (тиск сягає ста атмосфер — як на багато­кілометровій глибині в океані), а маса речовини в атмосфері еквівалентна шарові гірських порід завтовшки у 300 метрів, висока (до 500 градусів) температура. Існування живих орга­нізмів у відомих нам формах неві­рогідне, неможливе. Густі хмари кру­тяться в одному напрямку навколо поверхні зі швидкістю, що в 50 разів перевищує швидкість обертання пла­нети навколо своєї осі. Цікаво, що напрям руху зворотний рухові інших планет навколо Сонця. Там вияв­лено гори висотою до 11,5 кілометра, безліч кратерів від кількох до 140 кі­лометрів у діаметрі. Пла­нета — мертва: вичерпала запаси своєї енергії внаслідок більш інтен­сивних геологічних процесів.

 Розповідь.Для того, щоб змінити атмосферу Венери, потрібно багато часу. Починати можна із створення ізольованого (закритого) первинного осередку життя. Для його існування потрібно буде  забезпечення: 1) енергією, 2) повітрям, 3) водою, 4) субстратом для рослин (штучний ґрунт або гідропоніка); 5) швидко ростучими водоростями, рослинами, 6) заселення бактерій. Цей осередок має бути при піднятим над поверхнею планети на декілька км (кращі умови).

Отже, пропонуємо можливі шляхи поетапного розв’язання даних завдань.

1. Для забезпечення енергією можна буде використовувати силу вітру або температуру повітря, побудувавши вітро- та теплоелектростанції. Отриману енергію необхідно застосовувати: а) для підтримання сталої температури в осередку (як холодоагент використаємо сухий лід, добутий із атмосфери перегонкою СО₂), б) для освітлення (оскільки на Венері через щільність хмар постійні сутінки).
2. Воду і частину земного повітря необхідно буде доставити в осередок з Землі.
3. Як субстрат можна використати подрібнене каміння або гідропоніку (воду з мінеральними речовинами).
4. З нашої планети доставити водорості, н-д, хлорелу, хламідомонаду. З рослин – хлорофітум хохлатий, що дуже швидко поглинає вуглекислий газ і невибагливий.
5. Не дивлячись на жорсткі умови існування, спробувати акліматизувати сірко-, залізо-, метанотворні бактерії.
6. При успішній діяльності і реалізації проекту, масштаби осередку можна поступово розширювати.

• Пити чи не пити? В останній час все більшу популярність серед молоді набувають так звані безалкогольні енергетичні напої. Спрогнозуйте, чого слід очікувати при тривалому та частому їх вживанні.

Наш організм на 60% складається з води. Для підтримання водного рівноваги ми п’ємо кожен день. Хтось вважає за краще каву, хтось чай, пиво, соки, газовану воду. Основу будь-якого напою складає вода. Крім води в напоях містяться інші речовини, що впливають на наш організм. Цей вплив може бути позитивним чи негативним, залежно від регулярності і обсягів вживання того чи іншого напою.

Енергетичні напої з’явилися на нашому ринку відносно недавно і відразу полюбились практично всім, хто веде активний спосіб життя і хоче підтримувати своє тіло і дух в бадьорому стані. Адже варто тільки випити баночку і ось вже втоми як не бувало.

За словами виробників енергетичних напоїв, їхній продукт абсолютно безпечний і несе в собі тільки користь. Але виникає питання, раз все так безхмарно, то чому влади намагаються обмежити продаж цих напоїв. Спробуємо з’ясувати.

Основними інгредієнтами є кофеїн, біологічно активні речовини з лікарських рослин і вітаміни.

Таурин, який міститься в енерготоніках, поліпшує роботу серцевого м'яза.

Карнітин підсилює обмін речовин.

Женьшеньігуарана мають тонізуючі властивості.

Мелатонін зазвичай використовують для подолання різних форм депресії.

Фолієва кислота поліпшує роботу головного мозку, а вітаміни групи B допомагають боротися зі втомою.

Крім цього, енергетики містять деталізоване застереження, кому їх вживати не варто. От наприклад REVO energy, «не рекомендується особам, схильним до підвищеного артеріального тиску; дітям до 18 років; вагітним жінкам; матерям-годувальницям; при індивідуальній чутливості до компонентів напою; у кількостях, що перевищують рекомендований рівень вживання». З цього легко здогадатися, що напій є виключно функціональним, і бути його фаном випадає хіба гіперздоровому супермену, в якого ще немає проблем із тиском і серцем.

Отже, чого слід очікувати при тривалому та частому вживанні енергетиків?

• Може збільшитися ймовірність ожиріння. У кожного газованого напою є своя кисло-солодка основа. Грубо кажучи, в ньому міститься якась кількість цукру (або його замінника) і кислоти. Можна підрахувати, скільки шматочків цукру міститься у банці ємністю 0,33 л того чи іншого напою. У пепсі-колі – 8 шматків цукру, в кока-колі – 6,5. “Легкі калорії”, які надійшли в організм, все одно утилізуються, переважно – в жир.
• Може розвинутися цукровий діабет. Пояснення просте: коли людина вживає будь-який солодкий продукт – воду, сік, торт, цукерку – мозок дає сигнал підшлунковій залозі, у відповідь на який та виділяє в кров інсулін. Якщо ж після цього цукор у кров не надходить, як у випадку із енергетичними напоями, в крові починається повний ендокринний хаос.
• Може винкнути харчова алергія на білок аспартам, який використовується, як підсолоджувач.
• Солодкі газовані напої можуть сприяти появі карієсу. У цьому винен не лише цукор і підсолоджувачі – про те, що кислота роз’їдає емаль зубів, тепер завдяки рекламі чули всі. А будь-яка газована вода містить кислоту (лимонну, яблучну, ортофосфорну).
• У людей, які п’ють напої, що містять ортофосфорну кислоту, може виникнути ослаблення кісткової тканини, ломкість кісток. Причина: ця кислота з’єднується з кальцієм кісток і сприяє його вимиванню.
• Присутність у воді вуглекислого газу збуджує шлункову секрецію, підвищує кислотність шлункового соку і провокує метеоризм – рясне виділення газів. Людям з виразковою хворобою, гастритом з підвищеною кислотністю і рядом інших захворювань шлунка та кишечнику газовані напої протипоказані.
• Вуглекислий газ «шипучок» може викликати ангіну. Такою водичкою добре мити чайники й унітази, нищити шкідників на городі. Не дивно, що наше горло не витримує атаки газом. А роз'їдає він не лише горлечка, а й стравоходи, шлунки. Щоправда, непомітно. Гастрити та інші хронічні захворювання кишково-шлункового тракту виникають потім, як наслідок регулярного вживання солодких газованих напоїв.
• Змішування енергетиків і алкоголю призведе до гіпертонічного кризу.
• Медики констатують: цукор, алкоголь та газ посилюють всмоктування в організмі одне одного, в результаті чого любитель енергетиків отримує потужний удар по цілій низці органів, а найбільше страждають органи, відповідальні за виведення токсинів: печінка і нирки.
• При перевищенні норми, може значно підвищитися тиск і рівень цукру в крові. Маючи проблеми з серцем варто відмовитися від вживання таких напоїв.
• Енергетичні напої – це синтетичні продукти, вони містять ароматизатори, барвники, консерванти, які шкідливі для здоров'я. Консерванти можуть вплинути на розвиток дитини в такий спосіб, що це загрожує нестабільністю психіки.
• Може виникнути психічне звикання. Без стимуляторів людина через деякий час досягає фази виснаження, стає млявою, відчуває слабкість, тому шукає засіб для зняття такого стану.
• Лікарі попереджають, що вживання «енергетиків» може викликати проблеми із серцево-судинною системою, зниженням потенції, безсонням, стомленням, швидким виснаженням ресурсів організму.
• Якщо напої дійсно містять високі дози біологічно активних речовин, то вони можуть викликати певні несприятливі ефекти: порушення сну, збудження, занепокоєння, тахікардію, підвищення артеріального тиску, аритмію, нудоту й блювоту, нетривалу депресію та ін.
• В жовтні 2009 р. зафіксовано смертельний випадок – студентка одного з вузів м. Пенза (Російська Федерація) померла від крововиливу в печінку, викликаного передозуванням енергетичним напоєм, який знаходиться в вільному продажу.
• Якщо людина регулярно п’є енергетики, вичерпуються її сили. Подібне стається при зловживання психостимуляторів.

 

• «Суходольний кит». Переважна більшість ссавців веде наземний спосіб життя. Повністю водними ссавцями стали лише китоподібні. На основі моделі ситуації, за якої китоподібні знову повернулися б на сушу, опишіть таких тварин.

Серед сучасного ряду китоподібних виділяють два підряди: вусаті (гренландські, сірі, полосатикові кити) і зубаті (дельфіни, косатки).  Як і всі інші ссавці, кити дихають повітрям і вигодовують малят молоком. Припустимо, об’єктом нашого «перетворення» є горбач, що відноситься до ряду вусатих китів. Його середня довжина 15м, вага – 65т. Так вага обумовлюється тим, що температура води в океані набагато нижча за температуру крові кита, тому він ризикує померти від переохолодження. Велике тіло має меншу площу поверхні відносно маси, тому віддає менше тепла, зберігає краще енергію. Сили гравітації у воді слабші, а густина більша. Якщо наш кит вийде на суходіл, йому стануть непотрібними такі розміри, він значно зменшиться (нехай, до 3т), але відносна маса скелету і м’язів повинна збільшитись, інакше тварина загине від розтрощування кісток під вагою власного тіла. Сильно зменшаться розміри підшкірного жиру – ворвані, що допомагав у збереженні енергії, а також у збільшенні маневреності при русі у воді. Зменшиться кількість жиру і печінці і кістках з тих самих причин. Потрібно буде зменшити і розміри голови, адже китовий вус, що використовувався для харчування шляхом фільтрування планктону, стане непотрібним. А він займав дуже велику частину голови кита. Натомість з’являться губи, зуби, диференційовані на різці, ікла, кутні, в залежності від способу харчування і добування їжі, можливо з’являться ікла… Вважають, що китоподібні виникли від стародавніх наземних хижаків. Але дуже хотілося б, щоб наш кит став травоїдним, жуйним. Поживою таку досить велику тварину, яка потребує багато первинної енергії, може забезпечити лише рослинна їжа. Та й полювати при таких розмірах буде надзвичайно важко і енергетично не вигідно. Наш оновлений кит буде гарно співати, як і його попередник, горбач, але використовуватиме при цьому не скрежет, рохкання і щебетання при допомозі спеціальних повітряних мішків черепа, а досконалі голосові зв’язки, які виникнуть в нього. Гортань теж необхідна. З’явиться носова порожнина (в китів є тільки ніздрі, що закриваються клапанами). На голові мусять з’явитися зовнішні вуха. Зір і слух теж будуть добре розвинені, але пристосовані до наземного способу життя. Шия буде виразнішою, рухливішою. Виникнуть кінцівки, які для утримування великої ваги і пересування тіла будуть мати широку основу і середні розміри. На місці тазових кісточок китоподібних з’явиться великий таз –пояс задніх кінцівок. Масивний хвіст стане меншим. Основне його призначення – забезпечення рівноваги. Захист від комах не потрібен – шкіра й так товста. Шлунок стане подібним шлунку жуйних тварин (рубець, книжка, сітка, сичуг).             

Тварини будуть заселяти теплі широти, але з достатньою кількістю вологи, оскільки там більший запас рослинної їжі. Шкіра залишиться грубою, або вкриється незначною шерстю для захисту від перегрівання. В зв’язку з тим, можна було б збільшити вуха, як в слона, чи зробити великий язик, за допомогою якого тварина б охолоджувалась. Але це буде незручно: вуха будуть заважати, а язик жуйній тварині потрібен для інших цілей. Потові залози теж не допоможуть, їм буде важко працювати при такий грубій шкірі. Краще, наша тварина буде жити біля водойм. Всі системи органів працюватимуть так само, як і в інших наземних ссавців. Тварини і надалі будуть жити великими групами, залишиться взаємодопомога.

 

• «Паштет з гусячої печінки». У відомому оповіданні фантаста й біохіміка А. Азімова «Паштет з гусячої печінки» було описано певну проблему. Суть її в тому, що існує одиничний екземпляр тварини, якому притаманні унікальні властивості. Учених цікавлять механізми цієї властивості. Методи дослідження, за яких організм залишається живим. результатів не дали. Гострий експеримент поставити не можна через те, що обстежуваний організм  є унікальним та існує в одному екземплярі. Чи існують наразі біологічні методи, не відомі А. Азімову в 1956 році, з допомогою яких можна дослідити таке явище?

Які були проведені дослідження гуски

1. Аналіз хімічного вмісту яйця. Дослід із нагріванням яйця.
2. Комплексний аналіз крові .
3. Рентген печінки, яєчників. Висновок: вся причина у печінці, яка виділяє хлораурат у кров. Яєчники вловлюють його, виводять як непотрібне (отруту) через яйце.
4. Перевірка органів травлення, травних соків на вміст золота. Зондування. Висновок: не вистачає жовчного пігменту, неправильне розщеплення порфіринів у печінці.
5. Біопсія печінки.
6. Нові аналізи крові на виявлення складу гему. Метал в середині виявився не залізом, а трьохвалентним золотом.
7. Введення в кров гуски радіоактивного золота. Радіоактивності не виявлено.
8. Спалювання зразків гему на виявлення ізотопів заліза. Залізо-56 не знайдено. Висновок про ядерні реакції у гусці. Кисень-18→залізо-56→золото-197.
9. Підгодовування гуски водою, збагаченою ізотопом кисню – вміст золота в яйці виріс.
10. Перевірка ґрунту на радіоактивність. Позитивна відповідь. Потім перевірили все господарство на наявність в організмах радіації. Тільки гуска пристосувалася за допомогою мутацій захищатися від радіації.
11. Опромінювання гуски гамма-промінями. Вона виявилася стійкою.

А тепер ідеї

І. Використання стовбурових клітин.Почали використовувати з 1998р. З них можуть розвинутись майже усі типи клітин людського організму. На стадії бластоцисти ембріонального розвитку клітини внутрішньої клітинної маси ще не спеціалізуються в окремі типи тканин: нервові, ниркові чи м’язові. Видалення стовбурових клітин призводить до знищення ембріона. Зараз існуює спосіб забору стовбурових клітин із навколоплідної рідини без знищення зародка. Стовбурові клітини є і в дорослому організмі: кістковому мозку, крові, кровоносних судинах, шкірі, спинному мозку, печінці. Шлунково-кишковому тракті та підшлунковій залозі. Це «дорослі стовбурові клітини». Вони недиференційовані (неспеціалізовані), хоч містяться у спеціалізованих тканинах. Деякі здатні диференціюватися у тканини, відмінні ввід тих, з яких вони походять. Ізольовані із крові і кісткового мозку такі тканини називають кровотворними стовбуровими клітинами. Їх використовують для лікування лейкемії та багатьох інших захворювань крові. Вони можуть перетворюватись і на клітини печінки, нейрони. Але «дорослих» клітин мало, їх важко знайти. Проте важливо, що медичне застосування «дорослих» стовбурових клітин не вимагає знищення ембріону людини. Стовбурові клітини використовують і для одержання штучної крові різних груп, шляхом додавання до них деяких хімічних речовин.

 Можна запропонувати

1) Вирощування органів. Можна було б взяти стовбурові клітини з її кісткового мозку і помістити їх в зародок іншої, коли той знаходиться ще в яйці. Коли гусенятко вилупиться, печінка його багато в чому складатиметься з клітин нашої гуски. Тепер печінку можна вивчати.

2) Можна виростити культуру клітин печінки із стовбурових клітин і вивчати їх.

3) Ксенотрансплантація. Ще один варіант – пересадити вирощений орган іншій гусці.

ІІ.  Клонування.Незапліднена яйцеклітина містить тільки один комплект генів, який вона отримала від жіночої особини. Запліднена яйцеклітина містить два комплекти генів – один від жіночої особини, а другий з сперматозоїдів чоловічої. Ядро клітини, взятої в зародка, плоду чи дорослої особини, містить обидва комплекти генів, отриманих від батьків тварини. Таким чином, коли ядро звичайної клітини поміщають у яйцеклітину, з якої завчасно видалили ядро, яйцеклітина отримує потрібні два комплекти генів, так, якби вона була запліднена. Деякий час цю клітину вирощують у спеціальному середовищі до стадії бластоциту. Цей зародок поміщають у матку реципієнта, де він і розвивається до народження. В клітин, які узяли з різних систем органів тварини, включається тільки визначена група генів, інші гени не задіяні. Так, наприклад, в клітинах серцевого м’язу активуються гени з кодом білків та інших молекул, які формують цей м’яз. Інші гени з іншим кодом знаходяться в пригніченому стані. Таким чином, не можна просто приживити ядро клітини, взятої з спеціалізованого органу дорослої тварини, в яйцеклітину з видаленим ядром, а після того спровокувати розвиток статевої клітини. Клітини, з яких планується узяти ядро, повинні бути певним чином оброблені. Тільки після спеціальної підготовки всі гени будуть готові працювати. Як правило, клітини вирощують в середовищі з 10% сироваткою плоду теляти. Виявилося, що якщо клітини 5 днів тримати у «голодному» середовищі, тобто такому, де сироватки тільки 0,5%, активними стають всі гени. Тоді клітини вважають повністю задіяними.

 Можна запропонувати:клонування організму гуски.

 

• «Вторинна пластида». У чотирьох філ рослин (криптофітові, гаптофітові, динофітові та хромофітові водорості) пластида походить від багрянки, яка внаслідок вторинного ендосимбіозу була трансформована в цей компартмент. Після встановлення цього факту між ботаніками, мікологами та зоологами спалахнула дискусія: чи був такий вторинний ендосимбіоз одноразовим, чи мав місце окремо в кожній з наведених філ. Чим би міг зацікавити один з варіантів розв’язання цієї дискусії медиків та фармакологів?

Всі живі організми можна поділити на дві групи: на організми, клітини яких містять справжні клітинні ядра (еукаріоти), і організми, які не мають чітко сформованого ядра (прокаріоти). Крім того, еукаріоти відрізняються вираженою здібністю утворювати органоїди. Органоїди – це розділені мембранами складові частини клітин. Одними з органоїдів є  хлоропласти і пластиди, вони відокремлені від цитоплазми переважно двома мембранами.

 За теорією симбіогенезу вони колись були окремими організмами: хлоропласти – прокаріотичними водоростями, мітохондрії – аеробними бактеріями. Вони оселилися в клітинах протистів, а їхня мембрана була оточена мембраною господаря. Так відбувся первинний ендосимбіоз (внутрішнє співжиття).

 Основні докази теорії:

1. Наявність в мітохондрій і пластид подвійних мембран.
2. Розмноження м. і п. шляхом поділу, а не відбруньковування від інших органоїдів.
3. Власний генетичний матеріал мітохондрій і пластид.
4. Кільцева структура ДНК (як в прокаріот).
5. Власний апарат для синтезу РНК і білків.
6. Схожість деяких білків на білки бактерій.

 Деякі дослідники вважають, що симбіотично виникли і інші органоїди: хромосоми, джгутики. Так, згідно  теорії  послідовних симбіозів, всі еукаріоти сформувалися в результаті  симбіозу між прокаріотами: нуклеоцитоплазма  утворилася  з   мікроорганізмів  господарів,  мітохондрії  з  аеробних бактерій,  пластиди -  з ціанобактерій, а  хромосоми, джгутики -  із  спірохет, що прикріплялися  до  поверхні господарів. Мітотичний поділ клітини  виробився  тільки  після того, як господарі стали  поглинати спірохет  і  передислоковувати їхні частини . 

 Хлоропласти багрянок виникли в результаті первинного ендосимбіозу.  Вторинний ендосимбіоз відбувався так: еукаріотична одноклітинна водорость, яка вже має пластиди, була поглинута еукаріотним  гетеротрофним (без пластид) організмом. Оскільки різні ціанобактерії містять різні форми хлорофілів (a, b, c), то в водоростей, що виникли в результаті не однократних первинних ендосимбіозів, будуть різні поєднання хлорофілів: в червоних (багрянок) є тільки хлорофіл а, в зелених – а+ b, хромістів – а+с. Сучасні молекулярно-генетичні дослідження підтвердили закономірний характер такого розподілу фотосинтетичних пігментів між різними групами водоростей, хлоропласти яких мають симбіотичне походження. На користь симбіотичної гіпотези говорять два факта: структура хлоропласта практично співпадає із структурою ціанобактерій, в них ідентичний склад основного фотосинтетичного пігменту – хлорофілу а.

 Стосовно того, чи відбувався вторинний ендосимбіоз неодноразово і  окремо в кожній філі існує дискусія. Але відомо, що хромопласти криптофітових водоростей, наприклад, мають чотири мембрани (доказ вторинного ендомітозу), при чому між другою і третьою є досить великий простір, в якому виявлено рибосоми і своєрідна органела – нуклеоморф (залишок ядра багрянки). Такий самий шлях формування хлоропластів в хромофітових, тільки хлоропласти в них –  а+с (деякі вчені вважають, що вони виникли не від багрянок, а є окремою лінією). Хлоропласти динофітових оточені трьома мембранами. Зникла зовнішня мембрана водорості, що вступила в ендосимбіоз (багрянки). А між мембранами криптофітових немає нуклеоморфу. Якщо це дійсно так і вторинний симбіоз відбувався неодноразово, про що свідчить окреме походження різних філ, то це може зацікавити медиків і фармакологів.

 1) Можливо, вражаюча здатність так званих ретровірусів (на зразок вірусу СНІДу) вбудовувати свої гени в нашу ДНК — це наслідок все того ж ендосимбіозу. Однією з існуючих теорій є і ендосимбіоз з вірусами. «Негативний симбіоз» з бактеріями- або вірусами-патогенами можна пояснити тим, що ендосимбіоз відбувався неодноразово і клітини «звикли» до таких дій, навіть надають допомогу агресорам. Це демонструють, наприклад, стафілококи, перед якими, приймаючи їх за майбутніх симбіонтів,клітина «відкриває» свої рецептори. А проста кишкова паличка обманом примушує клітину кишечника позбутися зовнішніх ворсинок, щоб бактерії було легше всістися на її поверхню. Вже після цього вона провокує нещасну клітину на створення для себе впинання в мембрані, свого роду «п'єдесталу», знаходячись на якому бактерія виявляється недоступною для клітинних засобів захисту.

 2) Звичайні алергії теж можна було б лікувати, пояснивши їхній механізм порушенням здатності до ендосимбіозу, коли своє починає сприйматися як чужорідне. А лікувати такі хвороби, використовуючи, наприклад, знання про перенос генів. Відомо, що частина спадкового матеріалу пластид і мітохондрій мігрує у ядро клітини, то можливо і можна буде створити новий спосіб введення ліків, використовуючи набуті знання.

 3) Якщо матеріал пластид чи мітохондрій може вбудуватися в спадковий матеріал ядра, можливо, можна буде видаляти потенційно «хворі ділянки», замінюючи їх іншими.

 

• «Ботулізм». Відомо, що збудник ботулізму є анаеробним організмом, а його токсин викликає захворювання, яке веде до прогресуючого правця, що в більшості випадків спричинює смерть через зупинку дихання. Спираючись на механізм дії ботулотоксину, запропонуйте можливе застосування цієї речовини в медичній практиці.

Ботулізм –це інфекційна патологія з частим летальним результатом. Чинник цього захворювання – мікроорганізм з роду клостридій. Незмінний ареал проживання якого – ґрунт. З ґрунту бактерія переноситься на харчові продукти.

 У герметичному середовищі (у консервованих або щільних продуктах) клостридії ботулізму починають продукувати  ботулотоксин– найтоксичніший з відомих отрут. Він у 375 000 разів токсичніше отрути гримучої змії. Відомо 8 антигенних варіантів ботулотоксину: А, В, СІ, С2, D, E, F, G. Токсин є поліпептидним ланцюгом з одним або декількома внутрішньо молекулярними зв’язками. Захворювання людини викликають А, В, Е, а також F ботулотоксини. В організмі людини З. botulinum розмножуються слабко і не продукують токсину за рідкісним виключенням. Ботулотоксин накопичується в харчових продуктах, інфікованих спорами З. botolunum, при їхньому проростанні, якщо створені анаеробні умови (наприклад при консервації). Спори З. botulinum витримують кип'ятіння протягом 6 годин, стерилізація при високому тиску руйнує їх за 20 хвилин, 10% соляна кислота — за 1 годину, 50% розчин формаліну — за 24 години. Ботулікичєєкий токсин типу А(В) повністю руйнується при кип'ятінні протягом 25 хвилин.

 Першими особливими симптомами ботулізму є пониження гостроти зору, роздвоєність в очах, косоокість. Після цього виникає порушення мови, відчуття стомленості, сухість в роті, погане ковтання, деформація голосу і так далі.

 У патогенезі ботулізму головну роль грає отрута. Вона проникає в тіло разом з їжею і з  бактеріями – виробниками токсину. Всмоктування ботулотоксину здійснюється через слизову оболонку шлунково-кишкового тракту, а починається в порожнині рота. Але найбільше всмоктування отрути відбувається через слизову оболонку шлунку і тонкої кишки, звідки вона проникає в лімфу і пізніше в кров, якою розповсюджується по всьому тілу. Визначено, що ця отрута зв'язується в нервовій тканині. У цьому процесі руйнуються  нервові закінчення і мотонейрони передніх рогів спинного мозку. Ботулотоксин впливає на холіненергетичні ділянки нервової системи, спричинюючи зупинку вироблення ацетілхоліну у синаптичній щілині, а тому і порушується нервово-м'язова передача болю (парези, паралічі). Для того, щоб м'яз скоротився, він повинен отримати сигнал від нервового закінчення. Цим сигналом служить взаємодія ацетілхоліну з мембраною м'язової клітки. Якщо це взаємодію заблокувати яким-небудь чином, то м'яз не зможе скоротитися. Холінестеразна активність в синапсах фактично не порушується. Перш за все зупиняється іннервація м'язів, що перебувають в стані високодиференційованої активності (окоруховий апарат, мускулатура глотки і гортані). Наслідком атаки мотонейронів є ще і загасання функції головних дихальних м’язів аж до паралічу.

 Препарат Ботокс є комплексом ботулінистичного токсину типу А, він отримав широке розповсюдження в косметології і лікуванні локального м'язового спазму. Корекція мімічних зморшок – основна сфера застосування препарату в косметології. Застосовується препарат у вигляді ін'єкцій безпосередньо в м'яз-мішень. Ін'єкції препарату Ботокс є відносно безпечним і високоефективним методом для усунення зморшок (згладжування зморшок), викликаних гіперактивністю лицьових м'язів. Чому безпечним? Сам препарат – це комплекс з очищеного токсину типу А, що виробляється в лабораторних умовах бактеріями Clostridium botulimim і нетоксичних білків. Завдяки тому, що загальна маса комплексу Ботокс достатньо велика, він не здатний проникати через гематоенцефалічний бар'єр і надає тільки місцеву дію. Дія препарату триває не більше 4-6 місяців. Оборотність дії пояснюється здатністю рухового нерва утворювати додаткові відростки аксону, які відновлюють нервово-м'язові синапси. В результаті м'яз знов набуває здібності до скорочення. Препарати на основі ботулотоксину можна використовувати як в косметології, так і в області неврології для блокування дії деяких м’язів прицілому рядіпоказань: цервікальні дистонії, дитячий церебральний параліч, спастичність, що виникла в результаті інсульту, гіпергідроз (підвищене потовиділення), больові синдроми, розлади сечовипускання, косоокість.

Отже, ботулотоксин можна використовувати в косметології для корекції мімічних зморшок, в медицині для лікування енурезу, церві кальної дистонії, гіпергідрозу, косоокості та ін.

ДЖЕРЕЛА

1. Правила Всеукраїнського турніру юних біологів http://biology.org.ua/index.php?chapter=olimp&subj=tub_rules_2011&lang=ukr
2. Власні розробки чорнових варіантів відповідей на запитання Турніру за різні роки.