29.03.21 г.303, 305, 306

ГРУППА 303

ТЕМА:Приспособленность организмов - результат действия факторов эволюции. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2«Приспособленность организмов».

В результате длительного эволюционного процесса у всех организмов постоянно развиваются и совершенствуются их приспособления к условиям окружающей среды. Приспособленность – один из результатов эволюции, взаимодействия ее движущих сил – наследственности, изменчивости, естественного отбора. Второй результат эволюции – разнообразие органического мира. Сохранившиеся в процессе борьбы за существование и естественного отбора организмы составляют весь существующий сегодня органический мир. Мутационные процессы, происходящие в ряду поколений, ведут к возникновению новых генетических комбинаций, которые подвергаются действию естественного отбора. Именно естественный отбор определяет характер новых адаптаций, а также направление эволюционного процесса. В результате у организмов возникают самые различные приспособления к жизни. Любое приспособление возникает в результате длительного отбора случайных, фенотипически проявившихся мутаций, полезных виду.

Покровительственная окраска. Обеспечивает растениям и животным защиту от врагов. Организмы, имеющие такую окраску, сливаются с фоном и становятся менее заметны.

Маскировка. Приспособление, при котором форма тела и окраска животных сливается с окружающими предметами. Богомолы, гусеницы бабочек напоминают сучки, бабочки похожи на листья растений и т. д.

Мимикрия. Подражание незащищенных видов защищенным видам по форме и окраске. Некоторые мухи похожи на ос, ужи похожи на гадюк и т. д.

Предупреждающая окраска. У многих животных яркая окраска или определенные опознавательные знаки предупреждают об опасности. Напавший один раз хищник запоминает окраску жертвы и в следующий раз будет осторожнее.

Предостерегающая окраска указывает на наличие ядовитых веществ или специальных органов защиты, на опасность организма для хищника (осы, змеи, божьи коровки).

У растений также выработались приспособления: колючки предохраняют от поедания; яркая окраска цветков привлекает насекомых-опылителей; разное время созревания пыльцы и семязачатков препятствует самоопылению; разнообразие плодов способствует распространению семян.

Все приспособления имеют относительный характер, так как действуют в определенных условиях, к которым адаптирован организм. При изменении условий приспособления могут не защитить организм от гибели, а следовательно, признаки перестают быть приспособительными. Узкая специализация может стать причиной гибели в изменившихся условиях.

Причина возникновения приспособлений заключается в том, что организмы, не соответствующие данным условиям, погибают и не оставляют потомства. Организмы, выжившие в борьбе за существование, имеют возможность передать свой генотип и закрепить его в поколениях.

Л.Р.№2

«Приспособленность организмов».                                      

Приспособленность организмов - результат действия факторов эволюции.

Видообразование- результат эволюци

Лабораторная работа №2

Тема:«Приспособленность организмов к среде обитания».

Цель: сформировать понятие о приспособленности организмов к среде обитания, закрепить умение выявлять черты приспособленности.

Задание:

1. Прочитайте статью о насекомом и заполните таблицу.

2.Сделайте вывод о значении приспособленности организмов к среде обитания. 

Божья коровка.

Тело божьей коровки полушарообразное или яйцевидное, более или менее выпуклое. Голова короткая с 11, реже 10 членистыми сяжками, прикрепляющимися по бокам переднего края головы и могущими подгибаться под голову. Брюшко состоит из 5 свободных члеников. Как взрослые божьи коровки, так и их личинки питаются тлями; некоторые божьи коровки, равно как их личинки, питаются растениями. В случае опасности жуки поджимают сяжки под голову, а ноги под туловище, притворяются мёртвыми и выпускают желтоватый сок, прежде употреблявшийся против зубной боли. Виды, имеющие более длинные ноги, в таких случаях стараются спастись бегством. Жуки зимуют под корой деревьев, под корнями и т. п. Весной самки откладывают желтоватые яички на листьях; из яичек вылупляются удлиненные, сзади заострённые личинки. Личинки божьих коровок часто имеют яркую окраску, бывают усажены бородавками и шипами; сяжки их 3-членистые, на каждой стороне головы находится по 3-4 простых глазка; ноги их довольно длинны. Куколки прикрепляются к листьям задним концом тела. Большая часть божьих коровок весьма полезна тем, что потребляет множество тлей, вредящих растениям, только очень немногие из них (напр. Epilachna), питаясь растительной пищей, бывают вредны.

ГРУППА 305 

ТЕМА:Модификационная, комбинативная, мутационная изменчивость.

Изменчивость — способность живых организмов приобретать новые признаки и свойства. Благодаря изменчивости, организмы могут приспосабливаться к изменяющимся условиям среды обитания.

Различают две основные формы изменчивости: наследственная и ненаследственная.

Наследственная, или генотипическая, изменчивость — изменения признаков организма, обусловленные изменением генотипа. Она, в свою очередь, подразделяется на комбинативную и мутационную. Комбинативная изменчивость возникает вследствие перекомбинации наследственного материала (генов и хромосом) во время гаметогенеза и полового размножения. Мутационная изменчивость возникает в результате изменения структуры наследственного материала.

Ненаследственная, или фенотипическая, или модификационная, изменчивость — изменения признаков организма, не обусловленные изменением генотипа.

Мутации

Мутации — это стойкие внезапно возникшие изменения структуры наследственного материала на различных уровнях его организации, приводящие к изменению тех или иных признаков организма.

Термин «мутация» введен в науку Де Фризом. Им же создана мутационная теория, основные положения которой не утратили своего значения по сей день.

1. Мутации возникают внезапно, скачкообразно, без всяких переходов.
2. Мутации наследственны, т.е. стойко передаются из поколения в поколение.
3. Мутации не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг среднего типа (как при модификационной изменчивости), они являются качественными изменениями.
4. Мутации ненаправленны — мутировать может любой локус, вызывая изменения как незначительных, так и жизненно важных признаков в любом направлении.
5. Одни и те же мутации могут возникать повторно.
6. Мутации индивидуальны, то есть возникают у отдельных особей.

Процесс возникновения мутаций называют мутагенезом, а факторы среды, вызывающие появление мутаций, — мутагенами.

По типу клеток, в которых мутации произошли, различают: генеративные и соматические мутации.

Генеративные мутации возникают в половых клетках, не влияют на признаки данного организма, проявляются только в следующем поколении.

Соматические мутации возникают в соматических клетках, проявляются у данного организма и не передаются потомству при половом размножении. Сохранить соматические мутации можно только путем бесполого размножения (прежде всего вегетативного).

По адаптивному значению выделяют: полезные, вредные (летальные, полулетальные) и нейтральные мутации. Полезные — повышают жизнеспособность, летальные — вызывают гибель, полулетальные — снижают жизнеспособность, нейтральные — не влияют на жизнеспособность особей. Следует отметить, что одна и та же мутация в одних условиях может быть полезной, а в других — вредной.

По характеру проявления мутации могут быть доминантными и рецессивными. Если доминантная мутация является вредной, то она может вызвать гибель ее обладателя на ранних этапах онтогенеза. Рецессивные мутации не проявляются у гетерозигот, поэтому длительное время сохраняются в популяции в «скрытом» состоянии и образуют резерв наследственной изменчивости. При изменении условий среды обитания носители таких мутаций могут получить преимущество в борьбе за существование.

В зависимости от того, выявлен ли мутаген, вызвавший данную мутацию, или нет, различают индуцированные и спонтанные мутации. Обычно спонтанные мутации возникают естественным путем, индуцированные — вызываются искусственно.

В зависимости от уровня наследственного материала, на котором произошла мутация, выделяют: генные, хромосомные и геномные мутации.

Генные мутации

Генные мутации — изменения структуры генов. Поскольку ген представляет собой участок молекулы ДНК, то генная мутация представляет собой изменения в нуклеотидном составе этого участка. Генные мутации могут происходить в результате: 1) замены одного или нескольких нуклеотидов на другие; 2) вставки нуклеотидов; 3) потери нуклеотидов; 4) удвоения нуклеотидов; 5) изменения порядка чередования нуклеотидов. Эти мутации приводят к изменению аминокислотного состава полипептидной цепи и, следовательно, к изменению функциональной активности белковой молекулы. Благодаря генным мутациям возникают множественные аллели одного и того же гена.

Заболевания, причиной которых являются генные мутации, называются генными (фенилкетонурия, серповидноклеточная анемия, гемофилия и т.д.). Наследование генных болезней подчиняется законам Менделя.

Хромосомные мутации

Это изменения структуры хромосом. Перестройки могут осуществляться как в пределах одной хромосомы — внутрихромосомные мутации (делеция, инверсия, дупликация, инсерция), так и между хромосомами — межхромосомные мутации (транслокация).

Делеция — утрата участка хромосомы (2); инверсия — поворот участка хромосомы на 180° (4, 5); дупликация — удвоение одного и того же участка хромосомы (3); инсерция — перестановка участка (6).

Хромосомные мутации: 1 — парахромосом; 2 — делеция; 3 — дупликация; 4, 5 — инверсия; 6 — инсерция.

 

Транслокация — перенос участка одной хромосомы или целой хромосомы на другую хромосому.

Заболевания, причиной которых являются хромосомные мутации, относятся к категории хромосомных болезней. К таким заболеваниям относятся синдром «крика кошки» (46, 5р^-), транслокационный вариант синдрома Дауна (46, 21 t21²¹) и др.

Геномные мутации

Геномной мутацией называется изменение числа хромосом. Геномные мутации возникают в результате нарушения нормального хода митоза или мейоза.

Гаплоидия — уменьшение числа полных гаплоидных наборов хромосом.

Полиплоидия — увеличение числа полных гаплоидных наборов хромосом: триплоиды (3n), тетраплоиды (4n) и т.д.

Гетероплоидия (анеуплоидия) — некратное увеличение или уменьшение числа хромосом. Чаще всего наблюдается уменьшение или увеличение числа хромосом на одну (реже две и более).

Наиболее вероятной причиной гетероплоидии является нерасхождение какой-либо пары гомологичных хромосом во время мейоза у кого-то из родителей. В этом случае одна из образовавшихся гамет содержит на одну хромосому меньше, а другая — на одну больше. Слияние таких гамет с нормальной гаплоидной гаметой при оплодотворении приводит к образованию зиготы с меньшим или большим числом хромосом по сравнению с диплоидным набором, характерным для данного вида: нулесомия (2n - 2), моносомия (2n - 1), трисомия (2n + 1), тетрасомия (2n + 2) и т.д.

На генетических схемах, приведенных ниже, показано, что рождение ребенка с синдромом Клайнфельтера или синдромом Тернера-Шерешевского можно объяснить нерасхождением половых хромосом во время анафазы 1 мейоза у матери или у отца.

 

1) Нерасхождение половых хромосом во время мейоза у матери

Р	♀46, XX		×	♂46, XY
Типы гамет	24, XX    24, 0			23, X     23, Y
F	47, XXX  трисомия   по Х-хромосоме	47, XXY  синдром   Клайнфельтера		45, X0  синдром Тернера-   Шерешевского	45, Y0  гибель   зиготы

 

2) Нерасхождение половых хромосом во время мейоза у отца

Р	♀46, XX	×	♂46, XY
Типы гамет	23, X		24, XY     22, 0
F	47, XXY  синдром   Клайнфельтера		45, X0  синдром Тернера-   Шерешевского

 

Заболевания, причиной которых являются геномные мутации, также относятся к категории хромосомных. Их наследование не подчиняется законам Менделя. Кроме вышеназванных синдромов Клайнфельтера или Тернера-Шерешевского, к таким болезням относятся синдромы Дауна (47, +21), Эдвардса (+18), Патау (47, +15).

Полиплодия характерна для растений. Получение полиплоидов широко используется в селекции растений.

ГРУППА 306

ТЕМА: Электролитическая диссоциация. Электролиты и неэлектролиты.

Механизмы электролитической диссоциации для веществ с различными типами химической связи. Гидратированные и негидратированные ионы.

 Хорошо известно, что одни вещества в растворенном или расплав­ленном состоянии проводят электрический ток, другие в тех же усло­виях ток не проводят. Это можно наблюдать с помощью простого прибора . Он состоит из угольных стержней (электродов), присоединенных проводами к электриче­ской сети. В цепь включена электрическая лампочка, которая показывает присутствие или отсутствие тока в цепи. Если опустить электроды в раствор саха­ра, то лампочка не загорается. Но она ярко загорится, если их опустить в раст­вор хлорида натрия.

Вещества, распадающиеся на ионы в растворах или расплавах и потому проводящие электрический ток, называются электролитами.

Вещества, которые в тех же условиях на ионы не распадаются и электрический ток не проводят, называются неэлектролитами.  

К электролитам относятся кислоты, основания и почти все соли, к неэлектролитам – большинство органических соединений, а также вещества, в молекулах которых имеются только ковалентные неполярные или малополярные связи.

Электролиты – проводники второго рода. В растворе или расплаве они распадаются на ионы, благодаря чему и протекает ток. Очевидно, чем больше ионов в растворе, тем лучше он проводит электрический ток. Чистая вода электрический ток проводит очень плохо.

Распад электролитов на ионы при растворении их в воде называется элекролитической диссоциацией.

Так, хлорид натрия NaСl при растворении в воде полностью распа­дается на ионы натрия Na⁺ и хлорид–ионы Cl^–. Вода образует ионы водорода Н⁺ и гидроксид–ионы ОН^– лишь в очень незначительных количествах.

Различают сильные и слабые электролиты.

Сильные электролиты при растворении в воде диссоциируют на ионы.              

1) почти все соли;                                                                     

2) многие минеральные кислоты, например Н₂SO₄, HNO₃, НСl, HBr, HI, НМnО₄, НСlО₃,  НСlО₄;

3) основания щелочных и щелочноземельных металлов.

Слабые электролиты при растворении в воде лишь частично диссоциируют на ионы.

К ним относятся:

1) почти все органические кислоты;

2) некоторые минеральные кислоты, например H₂СО₃, Н₂S, НNO₂, HClO, H₂SiO₃;

3) многие основания металлов (кроме оснований щелочных и щелочноземельных металлов), а также NH₄OH, который можно изобра­жать как гидрат аммиака NH₃∙H₂O.

К слабым электролитам относится вода.

Слабые электролиты не могут дать большой концентрации ионов в растворе.

Электролитическая диссоциация

Понятие электролитов впервые ввел М. Фарадей в первой половине XIX века. Согласно его определению:

Определение

Электролитами называют вещества, водные растворы или расплавы которых проводят электрический ток.

Опустим в стакан с водой графитовые стержни, присоединенные к источнику тока и связанные цепью с электрической лампой. При включении рубильника никаких видимых изменений не происходит. Это означает, что вода не проводит электрический ток, то есть не является электролитом. Внесем в стакан с водой поваренную соль – хлорид натрия, . Лампа ярко вспыхивает.Наличие проводимости свидетельствует о появлении в растворе заряженных частиц. Направленное движение частиц наблюдается также в расплавах солей (например, электролиз расплава хлорида натрия позволяет получать металлический натрий, выделяющийся на катоде и газообразный хлор на аноде).

Определение

Атомы и группы атомов, несущие электрический заряд, называют ионами. Положительно заряженные ионы называют катионами, отрицательно заряженные ионы - анионами. 

Проведя дополнительный опыт, можно убедиться, что сухая поваренная соль  не проводит электрический ток. Таким образом, можно сделать вывод, что свободные ионы появляются в расплаве и при растворении соли в воде.

Рассмотрим на атомарном уровне, что происходит с кристаллом поваренной соли при попадании его в воду. Соль – вещество с ионной кристаллической решеткой, в узлах которой расположены катионы натрия и анионы хлора. Они удерживаются друг около друга благодаря силам электростатического притяжения.

Молекула воды представляет собой диполь, так как на атомах водорода локализованы частичные положительные заряды, на на атоме кислорода – отрицательный.

В молекуле воды атомные орбитали кислорода находятся в -гибридизации (то есть имеет форму тетраэдра), причем две недостающие орбитали из четырех  образованы двумя парами электронов (электронная конфигурация внешнего уровня кислорода ). Поэтому между связями в молекуле воды угол составляет примерно 104 градуса, то есть молекула имеет не линейную, а угловую форму. Благодаря этому молекула воды является диполем, и  ее дипольный момент не равен нулю.

Для объяснения свойств водных растворов электролитов С. Аррениус в 1887 году предложил теорию электролитической диссоциации. Эта теория объясняла, почему растворы некоторых веществ проводят электрический ток, но не отвечала на вопрос, почему одни вещества являются электролитами, а другие - нет. Более подробно особенности поведения веществ в растворах описал Д.И. Менделеев, который экспериментально доказал, что при растворении электролитов происходит химическое взаимодействие между молекулами растворенного вещества и молекулами растворителя. Сущность процесса электролитической диссоциации было объяснено на основании природы химической ионной связи.

Согласно теории Д.И. Менделеева, электролитическая диссоциация молекул электролитов протекает в три стадии. Рассмотрим эти стадии на примере поваренной соли NaCl.

1. При попадании в воду, молекулы воды окружают кристаллы поваренной соли, притягиваясь к катионам натрия своими отрицательно заряженными концами, а к анионам хлора - положительно заряженными. Эта стадия называется ассоциация.

2. За счет электростатического взаимодействия, молекулы  воды "растаскивают" молекулу электролита, связь между ионами в кристалле ослабевает и разрывается, то есть происходит непосредственно диссоциация (распад) молекул.

3. Диполи воды полностью окружают образовавшиеся при распаде ионы, катионы и анионы, образуя гидратную оболочку. Гидратированные ионы переходят в раствор. 

В неводных растворах  в качестве диполей может выступать не вода, а другой полярный растворитель, например, этанол. В таком случае ионы окружены молекулами растворителя (образуют сольватную оболочку) и называются сольватированными.

Определение

Ионы в водном растворе окружены молекулами воды, то есть имеют гидратную оболочку, и называются гидратированными.

Таким образом, описанный выше процесс можно описать уравнением:

где  - гидратированные ионы,т.е. ионы, окруженные молекулами воды.

В большинстве случаев этот процесс записывают упрощенно, не указывая гидратированное состояние ионов:

Определение

Процесс распада вещества на ионы при растворении в воде или расплавлении называют электролитической диссоциацией.

Электролитическая диссоциация состоит из двух одновременно протекающих обратных процессов: из диссоциации (распад молекул на ионы) и ассоциации (процесс образования молекул из ионов). Поэтому в уравнении электролитической диссоциации всегда ставят знак . 

В водных растворах диссоциации подвержены кислоты, сильные основания и растворимые соли: 

 

 

При диссоциации происходит резкое увеличение числа частиц в растворе – это отличает растворы электролитов от растворов неэлектролитов. Именно поэтому растворы солей замерзают при более низкой температуре, чем растворы неэлектролитов. 

Особенно сильно гидратирован ион водорода . Он находится в водных растворах в виде иона гидроксония  или более сложных ионов.

Основные положения Теории электролитической диссоциации 

Согласно теории электролитической диссоциации С. Аррениуса и Д. И. Менделеева можно сформулировать основные положения теории электролитической диссоциации (ТЭД):

• При растворении в воде (или расплавлении) электролиты распадаются на положительно и отрицательно заряженные ионы (подвергаются электролитической диссоциации).
• Электролитическая диссоциация - процесс обратимый (обратная реакция называется ассоциацией).

Определение

Степень электролитической диссоциации  показывает отношение числа молекул, распавшихся на ионы  к общему числу молекул, введенных в раствор и зависит от природы электролита и растворителя, температуры и концентрации:

Основываясь на теории электролитической диссоциации можно дать определения важнейшим классам неорганических соединений

Название	Определение	Уравнение диссоциации
Оксиды	Неэлектролиты, состоят из атомов элемента и кислорода	Не диссоциируют в водных растворах
Кислоты	Электролиты, при диссоциации образуют катионы водорода
Основания	Электролиты, при диссоциации образуют гидроксид-анионы.Растворимые в воде основания называют щелочами
Соли	Электролиты, при диссоциации образуют катионы металла и анионы кислотного остатка