Posts Tagged ‘учебник’

Цикъл 1, урок 12 – Полови процеси при еукариотите

декември 18, 2008

oplozhdanemeiosa

Полза от половите процеси. Когато едноклетъчно се размножава чрез митоза, потомците му получават точни копия на неговия хромозомен набор. Затова всички първаци, които са произлезли от общ предшественик чрез едно или няколко деления, имат еднаква наследствена програма. Тя обаче донякъде се различава от наследствената програма на другите първаци от същия вид. Причината е, че понякога в някоя хромозома случайно настъпва промяна – мутация. Това става рядко, но с течение на времето мутациите се натрупват и се създава разнообразие.

Не всички разлики в наследствеността са еднакво добри. Ако вземем кои да са два неродствени индивида от един вид и сравним наследствените им програми, ще видим, че в по-голямата си част те са равностойни, в някои раздели по-добра е програмата на първия индивид, а в други – тази на втория. Би било добре, ако двата индивида можеха да обменят помежду си хромозоми и така да сглобят нова наследствена програма, която би могла да съчетае добрите страни на двете стари. И наистина такава обмяна на наследствена информация между индивиди от един вид се извършва при повечето еукариоти и се нарича полов процес.

Може да възникне въпросът защо говорим само за един вид. Причината е, че наследствените програми на различните видове се различават толкова силно, че частите им няма да работят добре заедно. Ето защо индивидите от един вид се разпознават и встъпват в полов процес само помежду си.

Не всички еукариоти имат полов процес. При амебата например той липсва.

Оплождане. Обмяната на информация между две клетки се извършва чрез тяхното сливане. То се нарича оплождане, а участващите в него клетки – полови клетки или гамети. В техните ядра всяка хромозома е представена само с едно копие. Такъв хромозомен набор се нарича хаплоиден.

За да протече оплождането, гаметите се доближават и се допират плътно. Клетъчните им мембрани се сливат и цитоплазмите им се обединяват. Оплождането завършва със сливане на ядрата и обединяване на хромозомите. Получената нова клетка се нарича зигота. В нейното ядро всяка хромозома е представена с две копия – по едно от всяка гамета. Такъв хромозомен набор се нарича диплоиден. (Диплоидността не трябва да се бърка със състоянието на хромозомите преди делене, когато те са удвоени и всяка от тях вместо от една се състои от две нишки. Това дали наборът е хаплоиден или диплоиден няма нищо общо с това дали самите хромозоми са удвоени или не.)

Мейоза. Диплоидните клетки могат да се размножават чрез митоза със същия успех като хаплоидните. Не могат обаче да участват в оплождане, защото, ако го направят, в зиготата ще се съберат цели четири хаплоидни набора. Смисълът на половите процеси е хромозомите да се обменят, а не да се трупат в една клетка, докато я препълнят. Затова диплоидните клетки, “желаещи” да се оплождат, трябва първо да възстановят хаплоидния си набор. Това става чрез особен вид клетъчно делене, наречено мейоза.

Мейозата донякъде прилича на митоза, но протича по-сложно и има друг резултат. За разлика от митозата, която запазва хромозомния набор, мейозата го намалява наполовина. Така, докато при митоза една диплоидна клетка дава две диплоидни, а една хаплоидна – две хаплоидни, чрез мейоза може да се раздели само диплоидна клетка и при това ще даде четири хаплоидни. Мейозата протича като последователност от две деления, между които хромозомите не се удвояват. Най-важното в механизма й е, че при първото делене дъщерните клетки получават не половинки от хромозоми, а цели удвоени хромозоми. Така двете копия от всяка хромозома се разпределят по едно във всяка дъщерна клетка.

Случайност при половите процеси. Получаването на нова наследствена програма чрез полов процес може да се сравни със сглобяване на нова машина от две стари. Разликата е, че майсторът ще огледа внимателно частите и ще вземе най-добрите, докато организмите не могат да оценяват и подбират своите хромозоми. Затова при половите процеси наследствената информация се обменя случайно, на лотариен принцип. При оплождането измежду цяло множество гамети две се доближават случайно, а при мейозата двете копия от всяка хромозома се разпределят към единия или другия край на клетката също случайно.

Можем да се досетим, че съвсем не всички нови наследствени програми, получени при половия процес, са по-добри от старите. Някои са такива, но повечето са равностойни, а някои са дори по-лоши. Но дори ако сполучливите наследствени програми са малка част, те оправдават половия процес. Индивидите, които ги носят, ще процъфтят и ще оставят многобройно потомство – пример за естествен отбор в действие. Другите, на които не е провървяло с наследствената програма, ще загинат рано. Но това няма значение за никого освен за самите тях, тъй като размножаването и без това създава много повече индивиди, отколкото могат да се изхранят.

Полови процеси и размножаване. Конюгацията на чехълчето, която разгледахме в предишния урок, донякъде се различава от описания в този урок типичен полов процес. Причината е, че мейозата при чехълчето протича само като делене на диплоидното ядро, без самата клетка да се дели. След това оплождането отново е сливане само на хаплоидни ядра, а не на клетки. Ето защо при чехълчето половият процес започва с две клетки и свършва пак с две клетки, леко променени. Няма никаква промяна в броя на клетките. Тук най-ярко личи биологичният смисъл на половите процеси – обмяна на информация, а не размножаване.

При другите първаци мейозата дава четири клетки, а при оплождането гаметите се оплождат две по две, така че в крайна сметка броят на клетките се удвоява. Затова тук можем да говорим не само за полов процес, а и за полово размножаване. Съответно размножаването без полов процес (при едноклетъчните – митозата) се нарича безполово размножаване.

При многоклетъчните еукариоти половият процес винаги е свързан с размножаване. Някои от тях имат и безполово размножаване, а други са го загубили. Например гръбначните животни се размножават само полово. Затова, ако не броим еднояйчните близнаци, всеки човек носи уникално съчетание от хромозоми, което не е съществувало никога по-рано и няма да се получи отново никога повече.

 

Copyright Майя Маркова

Имате право да съхранявате, размножавате и разпространявате този текст, стига да не го представяте като създаден от вас или от трето лице и да не извличате печалба.

Към съдържанието

Реклами

Цикъл 1, практическа задача 4 – Отглеждане и наблюдение на чехълчета

април 30, 2008

_

Задачата изисква стереомикроскоп (бинокулярна лупа) и микроскоп със слабо увеличение. В краен случай може да се мине само с един от двата уреда.

_

Както знаете, чехълчетата живеят главно в блатата. Вземете голям буркан (с обем около 1 литър) и го напълнете с блатна вода. Добавете солидно количество водорасли и водни растения – както живи, така и гниещи. Оставете буркана на тихо място, защитено от пряка слънчева светлина.

_

Ако водата е съдържала чехълчета, очаква се след 2-3 дни те да се размножат и струпат близо до източника на кислород. Търсете ги или на самата водна повърхност, или на няколко милиметра под нея до стените на съда. Вземете оттам малко вода с капкомер, накапете я върху някакво прозрачно пластмасово капаче и я огледайте на стереомикроскопа. Макар да са безцветни, поради бързото си движение чехълчетата могат да се видят с просто око като стрелкащи се прашинки, но не разчитайте да ги откриете по този начин.

_

Ако попаднете на чехълчета, уловете ги с капкомера и ги пренесете върху предметно стъкло. Добавете няколко влакънца памук, за да забавите движението им, и сложете покривно стъкло. Разгледайте получения препарат на слабото увеличение на микроскопа (50 – 100 пъти). Обърнете внимание на движението на чехълчетата. Потърсете такива, които в момента се делят или конюгират.

_

Можете да получите повече чехълчета, като накапете няколко от тях в отвара от сено, престояла поне 1 денонощие (вж. практическа задача 1). Снабдени с изобилна храна от сенни бацили, чехълчетата ще се чувстват отлично и за няколко дни ще се размножат. Ако веднъж месечно ги пренасяте в нова отвара, можете да ги отглеждате неограничено време.

 

Copyright Майя Маркова

Имате право да съхранявате, размножавате и разпространявате този текст, стига да не го представяте като създаден от вас или от трето лице и да не извличате печалба.

Към съдържанието

Цикъл 1, урок 11 – Чехълче

април 30, 2008

Общо описание. Чехълчето е сладководен първак, който обитава застояли води, най-вече блата. Името му идва от формата му: удължен овал, като единият край е по-тесен от другия, така че напомня чехъл. Достига на дължина около 1/3 от милиметъра, т.е. по-дребно е от амебата, но устройството му е много по-сложно от нейното. Всъщност по сложност чехълчето превъзхожда повечето клетки и може да се сравни с някои многоклетъчни организми.

_

Движение. Чехълчето е покрито с голям брой реснички, които бият съгласувано и така тласкат клетката в желаната посока. Обикновено чехълчето плува с тесния край (“петата”) напред, но когато трябва да отскочи назад от препятствие, ресничките за кратко сменят посоката и осигуряват “заден ход”.

_

Хранене. Подобно на амебата чехълчето се храни холозойно чрез фагоцитоза. За храна му служат бактерии. За разлика от амебата чехълчето може да поглъща само в определена част на своята повърхност – вдлъбнатина, наречена клетъчна уста. Ресничките около устата тласкат навътре вода и всичко, което водата носи. Така голямо количество вода се проверява за хранителни частички. Водата се изхвърля обратно навън, а бактериите се насочват към най-вътрешната част на устата, където се заграждат и се включват в смилателни вакуоли.

_

Докато трае смилането, вакуолите обикалят в кръг из цялата клетка. Когато останат само несмилаеми остатъци, силно смалената вакуола се премества в задния край на клетката. Насочва се към определено място на повърхността, наречено клетъчен анус, и го доближава плътно. Накрая мембраната на смилателната вакуола допира клетъчната мембрана. Двете мембрани се сливат и съдържимото на вакуолата се излива навън. Този процес се нарича екзоцитоза (от екзо – вън, китос – клетка) и е обратен на фагоцитозата.

Ядра. Чехълчето има две ядра, разположени близо едно до друго в средата на клетката. Това само по себе си не е твърде необичайно – редица клетки нормално имат по две и дори повече ядра. Забележителното в случая е, че двете ядра са различни по устройство и функции. Едното (голямо ядро) е едро и бобовидно, а другото (малко ядро) е дребно и овално.

_

Повечето клетки използват едно и също ядро за дълготрайно съхранение на наследствената информация и за всекидневното й използване. Можем да оприличим тези клетки на библиотеки, в която всяка книга при поискване се дава на читателя. При чехълчето обаче малкото ядро пази наследствената информация, а голямото ядро я получава от малкото и я осигурява за употреба в цитоплазмата. В голямото ядро хромозомите са силно размножени (около 500 пъти) и нарязани, за да се използват по-удобно. Така чехълчето може да се сравни с библиотека, в която книгите се държат в хранилището (малкото ядро), а в читалнята (голямото ядро) на читателите се дават само фотокопия.

_

Размножаване. Чехълчето се размножава чрез напречно делене. Двете ядра се удължават, прищъпват по средата и разделят. Въпреки външната прилика обаче механизмът на деленето им е различен. Малкото ядро осъществява митоза като ядрото на амебата. В голямото ядро хромозомите са твърде многобройни и къси, за да позволят митоза. Затова то се дели по друг, все още не съвсем изяснен начин. При това се случва съдържимото му да се разпредели не съвсем равномерно между двете дъщерни клетки. Това обаче не е съдбоносно, защото периодично голямото ядро се разрушава и след това от малкото ядро се образува ново голямо ядро (вж. следващата точка).

_

 

Конюгация (полов процес). След известен брой деления жизнеността на чехълчетата намалява. Те я възстановяват, като обменят помежду си наследствен материал (хромозоми) чрез процес, наречен конюгация.

_

При конюгацията две чехълчета се доближават и допират откъм дългите си вдлъбнати страни. Във всяка от клетките голямото ядро се разрушава. Малкото ядро се дели по особен начин два пъти, без да удвоява хромозомите си между двете деления. Така се получават четири малки ядра, всяко от които съдържа двойно по-малко хромозоми от обичайното. Три от четирите ядра не са нужни и се разрушават. Четвъртото се дели още веднъж чрез обикновена митоза и дава две еднакви малки ядра.

_

Допрените клетъчни мембрани на определено място се сливат и между двете клетки се образува тунел. Едното малко ядро от всяка клетка преминава в другата клетка през тунела. След това двете чехълчета се разделят.

Във всяка клетка двете малки ядра (едно “собствено” и едно получено от партньора) се сливат в едно. То се дели чрез митоза. От получените две ядра едното ще бъде малко ядро за много клетъчни поколения напред, а другото удвоява хромозомите си многократно и става голямо ядро.

_

Всички описани деления на ядра не се съпровождат с делене на самата клетка. Затова конюгацията завършва с две клетки, с колкото е и започнала.

_

_

Конюгацията е пример за полов процес, т.е. за обмяна на наследствена информация между еукариотни клетки. Следващият урок ще бъде посветен на по-подробно разглеждане на половите процеси.

_

Източници:

Allen R.D., M. Aihara. Pca – Con A labeled nuclei in interphase and division. http://www5.pbrc.hawaii.edu/allen/ch10/50-pca.html

Intestinal Protozoa. http://www.tulane.edu/~wiser/protozoology/notes/intes.html

Paramecium, a model ciliate. http://www.genoscope.cns.fr/spip/Paramecium-a-model-ciliate.html

_

Copyright Майя Маркова

Имате право да съхранявате, размножавате и разпространявате този текст, стига да не го представяте като създаден от вас или от трето лице и да не извличате печалба.

Към съдържанието

 

Цикъл 1, урок 10 – Функции на еукариотната клетка. Митоза

март 28, 2008

mitosis1.jpg

chromosome_cycle2

По своите жизнени функции еукариотните клетки, общо взето, приличат на прокариотните. Има обаче и важни разлики, които трябва да разгледаме.

Дишане. Еукариотите са възникнали по време, когато атмосферата вече е съдържала кислород. Затова не е чудно, че те са аероби. Подобно на аеробните бактерии еукариотните клетки поемат кислорода и отделят въглеродния двуокис с цялата си повърхност. Но пълното разграждане на органични вещества и отделянето на енергия не протича в цялата клетка като при бактериите, а в специални органели – митохондриите.

Много еукариотни клетки имат резервни анаеробни начини за получаване на енергия, които използват при недостиг на кислород. Например дрождите осъществяват алкохолна ферментация, а нашите мускулни клетки – процес, подобен на млечнокиселата ферментация. Съвсем малко еукариоти обаче са истински анаероби и това е вторично, резултат от приспособяване към безкислородна среда. Например еукариотните чревни паразити са анаеробни, защото в червата няма кислород.

Хранене. Първите еукариоти са били хетеротрофи, хранещи се холозойно чрез фагоцитоза. И днес повечето еукариоти – животните, гъбите и мнозинството от първаците, са хетеротрофи. Някои еукариоти – зелените растения и част от първаците, са фотосинтезиращи автотрофи. Фотосинтезата протича в органели, наречени хлоропласти. Ще ги обсъдим по-подробно, когато разглеждаме растенията.

Движение. Еукариотните клетки могат да се придвижват чрез псевдоподи, камшичета или реснички. Много еукариотни клетки обаче нямат такива двигателни органели и не могат да се движат активно.

Размножаване – митоза. Еукариотните клетки, както и прокариотните, се размножават чрез делене. Еукариотното клетъчно делене се нарича митоза и е много по-сложно от прокариотното поради по-големия брой хромозоми и наличието на ядрена обвивка. То изисква и много повече време. Самото делене трае около час, а подготовката му – от часове до денонощие и повече.

Деленето се предшества от подготовка, при която клетката нараства и удвоява хромозомите си. Двете нишки, получени при удвояването на всяка хромозома, не се разделят, а остават прилепени една до друга. Затова продължаваме да броим удвоената хромозома за една, макар че тя съдържа материал, достатъчен за две хромозоми.

Навлизането на клетката в митоза се познава по това, че хромозомите стават видими под микроскоп като нишки. Оттам идва името “митоза”: митос, гр. – нишка. Отначало хромозомите изглеждат дълги и тънки, а после – все по-къси и по-дебели. Видимото скъсяване и удебеляване на хромозомите се постига чрез спирално навиване. Прокариотната клетка има само една хромозома, и то сравнително къса, затова след удвояване разделя дъщерните хромозоми без усложнения. Еукариотната клетка обаче има повече и по-дълги хромозоми и, ако не ги уплътняваше, не би могла да ги раздели правилно. Ние също разделяме оплетени валма прежда, като ги намотаваме спирално на плътни кълба.

По-нататъшният ход на деленето е донякъде различен при различните еукариотни клетки. Да разгледаме познатата ни амеба. След като се уплътнят, хромозомите се подреждат в средата на ядрото. Следва едновременно надлъжно разполовяване на всички хромозоми на съставните им нишки. Двете половинки на всяка хромозома, сега вече самостоятелни хромозоми, се отправят в противоположни посоки. Така в двата края на ядрото се събират два пълноценни набора хромозоми, включващи по една (и само една) половинка от всяка майчина удвоена хромозома. Те постепенно започват да се разгъват, докато приемат обичайния си рехав вид.

Когато в средата на ядрото не останат никакви хромозоми, то се прищъпва и се разделя на две. Самата клетка също се прищъпва в средата и се разделя на две дъщерни клетки, които могат да започнат подготовка за следващо делене.

При другите едноклетъчни и гъбите ядрото се дели по същия начин. При многоклетъчните животни и растения обаче има важна разлика. В средата на митозата ядрената обвивка се разпада на малки мехурчета и ядрото престава да съществува. Така се отваря повече място за движението на хромозомите. След като се окажат в цитоплазмата, те се подреждат в средата на клетката. Половинките им се разделят и се придвижват към двата края на клетката. Там се събират накуп и започват да се разгъват. Около тях се подреждат мехурчетата от ядрената обвивка и се сливат помежду си. Така се образуват две нови дъщерни ядра.

Животинските клетки се разделят чрез прищъпване като амебата. При растенията и гъбите, които имат твърда клетъчна стена, това не е възможно. Там дъщерните клетки се разделят от новоизградена стена като при бактериите.

Клетъчният скелет осъществява всички движения по време на деленето – мести хромозомите, пристяга в средата ядрото на амебата, а накрая и самата клетка. На схемите нишките на клетъчния скелет не са показани.

Copyright Майя Маркова. Имате право да съхранявате, размножавате и разпространявате този текст, стига да не го представяте като създаден от вас или от трето лице и да не извличате печалба.

Към съдържанието

Цикъл 1, урок 9 – Устройство на еукариотната клетка

март 24, 2008

eukaryotna_kletka.jpg

Опростено устройство на типична еукариотна клетка. Хромозомите са нарисувани къси и дебели, все едно клетката се готви за делене. От клетъчния скелет е показана само оста на камшичето.

 Еукариотите са произлезли от прокариотите; те са резултат от еволюцията на определен вид прокариот. Както еукариотите, така и прокариотите са изградени от клетки. Еукариотната клетка обаче е толкова по-сложна от прокариотната, че изисква специално разглеждане.

Външно устройство. Най-малките еукариотни клетки са големи колкото прокариотните – няколко микрометра. Повечето еукариотни клетки обаче са дълги десетки микрометри. Понякога те достигат стотици микрометри, т.е. десети от милиметъра, и дори могат да се видят с просто око (например в плодовете на домата и динята). Някои еукариотни клетки могат да нараснат до милиметри (в плода на портокала) и дори сантиметри (птичите яйца).

Формата на еукариотните клетки може да бъде най-различна и дори променлива, ако клетката няма стена.

Клетъчна стена при еукариотите. Много еукариотни клетки са “голи”, без клетъчна стена. Някои имат стена, но съставът й не само се отличава от този на бактериалната стена, а и е различен при различните еукариоти. Следователно някога всички еукариоти са били без клетъчна стена, а по-късно в еволюцията си някои са я изградили наново.

Вътрешно устройство. Органели. Вътрешността на еукариотната клетка не е еднородна, а съдържа разграничени части, нагодени да изпълняват определени функции. Такива части на клетката, обособени по устройство и функции, се наричат органели. Пример за органела е ядрото. Всички други органели се наричат цитоплазмени.

Прокариотната клетка също има органели, например камшичетата на подвижните бактерии и вътреклетъчните мембрани на фотосинтезиращите бактерии. (Основните части на клетката – хромозоми, цитоплазма, клетъчна мембрана и клетъчна стена, ако има такава – по традиция не се смятат за органели.) Еукариотната клетка обаче е много по-богата на органели от прокариотната. Тук ще споменем само няколко от тях.

 Ядро. Ядрото обикновено е кълбовидно и се разполага в средата на клетката. Обвивката му се състои от две сближени мембрани. Те, както и другите вътреклетъчни мембрани, приличат на клетъчната. Вътрешността на ядрото е изпълнена с полутечен сок, подобен на цитоплазмата. В него лежат хромозомите. Обърнете внимание на множественото число – за разлика от бактериалната клетка еукариотната има повече от една хромозома, обикновено от няколко до няколко десетки. Броят на хромозомите е видов белег. Освен това еукариотните хромозоми не са пръстенни, а линейни, т.е. нишки със свободни краища.

Митохондрии. В цитоплазмата на еукариотната клетка има специални органели за дишане. Те се наричат митохондрии (ед.ч. митохондрия или митохондрий) и са овални телца с двойна мембрана. Митохондриите произлизат от аеробни бактерии, които предшественикът на еукариотите някога е погълнал. Вместо да ги смели чрез фагоцитоза, той ги е оставил да живеят в цитоплазмата му като симбионти. С времето те са се опростили, загубили са стената и по-голямата част от хромозомата си и вече не могат да живеят самостоятелно извън еукариотната клетка.

Вакуоли. От разглеждането дотук човек може да си помисли, че всички еукариотни органели имат двойна мембрана, но не е така. Например повечето еукариотни клетки съдържат мехурчета с единична мембрана, в които се складират различни вещества и протичат някои обменни процеси. Тези мехурчета се наричат вакуоли, защото под микроскоп могат да изглеждат празни (от лат. vacuus – празен). Вече познаваме един тип вакуола – смилателната, която се образува при фагоцитозата.

Клетъчен скелет. Има и органели, които изобщо не съдържат мембрани. Такъв е например т. нар. клетъчен скелет – комплекс от нишки, които могат да се скъсяват и удължават, като при това дърпат и бутат частите на клетката, за които са прикрепени. Клетъчният скелет осигурява вътрешна опора на еукариотната клетка, което й е позволило да изостави външната си опора – клетъчната стена. Освен това той прави еукариотната клетка много по-подвижна от прокариотната. Клетъчният скелет участва в образуването и прибирането на псевдоподи и така осъществява амебовидното движение.

Камшичета и реснички. При много еукариотни клетки клетъчният скелет осигурява активно движение и по друг начин. Няколко нишки от него се събират в снопче и се удължават, като издуват клетъчната мембрана. Така се образува камшиче, чиято ос е снопчето от нишки. Еукариотните камшичета не приличат на бактериалните – имат друг състав и строеж, а освен това са много по-дълги и около 10 пъти по-дебели. Една клетка може да има едно или няколко камшичета, а може и да е покрита с многобройни къси камшичета, наречени реснички.

Нещо в повече

Правило при преподаването е сложните неща отначало да се дават опростено. Понякога те толкова се опростяват, че стават направо неверни. По-късно, когато ученикът навлезе в материала, неверните представи се коригират.

Вие сега сте далеч по-подготвени, отколкото бяхте при урок “Устройство на живите тела. Клетка”. Затова вече можем да ви признаем, ако не сте го забелязали сами, че схемата на клетка в този урок не беше вярна. Там беше дадена линейна хромозома, разположена в цитоплазмата. Ако нарисуваната клетка беше прокариотна, хромозомата трябваше да бъде пръстенна, а ако клетката беше еукариотна, трябваше да има и ядро.

Целта ни тогава беше да покажем възможно най-проста и лесна за възприемане клетка. Постигнахме го, като съчетахме белези на прокариотна и еукариотна клетка. Като цяло клетката прилича на прокариотна (една от малкото бактерии, които нямат стена). Но като при еукариотите сложихме линейна хромозома, защото тя на картинка изглежда по-просто от пръстенната.

Между нас казано, рисунката горе на тази страница също съчетава белези на различни клетки. Поне аз не знам клетка, която да има едновременно псевдоподи и камшиче, макар че много първаци в своето индивидуално развитие преминават през амебовидни и камшичести стадии. 

Copyright Майя Маркова

Имате право да съхранявате, размножавате и разпространявате този текст, стига да не го представяте като създаден от вас или от трето лице и да не извличате печалба.

Към съдържанието

Цикъл 1, урок 8 – Еукариоти. Обикновена амеба

март 21, 2008

240px-chaos_diffluens.jpg

Светлинно-микроскопска снимка на обикновена амеба. Кръглото мехурче е ядрото, по-малките мехурчета с кафяво съдържимо са смилателни вакуоли. Източник: Уикипедия, автор: Ralph Wagner, използвана според условията на GNU Free Documentation license.

ameba_dvizhenie.jpg

_
ameba_hranene.jpg

Схеми на движение и хранене на амеба.

Прокариоти и еукариоти. Дълго време след възникването си бактериите остават единствените живи същества на Земята. Но преди около 1 милиард години се появяват организми с много по-сложно устроени клетки. Техните хромозоми не лежат в цитоплазмата, а се разполагат в мембранно мехурче, наречено ядро. Наличието или липсата на ядро е най-важният разграничителен белег в живия свят. Организмите, чиито клетки имат ядра, се наричат еукариоти, т.е. същинскоядрени (от гр. еу – истински и карион – ядка, ядро). За да се разграничат от тях, бактериите се наричат прокариоти, т.е. предядрени.

Разнообразие на еукариотите. Еукариотите, които познаваме от личен опит, са растенията, животните и гъбите. Всяка от тези големи и важни групи включва главно многоклетъчни видове, но също така и някои едноклетъчни и колониални. Освен това има много едноклетъчни и колониални еукариоти, които не могат да се причислят към никоя от трите групи. Те се наричат първаци.

Обикновена амеба. За въведение към еукариотите ще ни послужи един техен едноклетъчен представител – обикновената амеба. В по-старите учебници тя се описва като едноклетъчно животно, но днес се смята за първак, който няма близко родство с животните. Смята се, че първите еукариоти са приличали на нея, макар да са били по-дребни.

Обикновената амеба обитава дъната на чистите сладководни езерца и бавни потоци. Достига големина около половин милиметър, но е прозрачна и безцветна, затова не се вижда с просто око.

Псевдоподи и амебовидно движение. Амебата има неправилна форма, която променя бързо и лесно, защото няма клетъчна стена. Според нуждите на клетката ту в една, ту в друга нейна част се стича цитоплазма и издува клетъчната мембрана. Образува се пипаловиден израстък, наречен псевдопод (т.е. „лъжливо краче“ от гр. псевдо – лъжлив, под – крак). Когато стане ненужен, псевдоподът се прибира обратно.

Променливата форма позволява на амебата да се движи активно. Тя протяга псевдопод в желаната посока. След това останалата й част постепенно се прелива в него. След като се стече на мястото на псевдопода, клетката образува нов псевдопод и така пълзи напред по дъното. Това движение се нарича амебовидно.

Холозойно хранене чрез фагоцитоза. Амебата е аеробен хетеротроф. Храни се с по-дребни от нея едноклетъчни организми, като първо ги поглъща и след това ги смила. Такова хранене, при което организмът поема хапки несмляна храна и я смила в тялото си, се нарича холозойно. Бактериите не го използват, защото твърдата клетъчна стена им пречи да поглъщат големи частици храна.

Когато някое дребно едноклетъчно има неблагоразумието да доближи амебата, тя протяга два или повече псевдопода и го обхваща, така че да не може да избяга. След това псевдоподите се сливат помежду си. Малкият организъм се оказва затворен в мембранно мехурче, наречено смилателна вакуола. В нея се изливат смилателни сокове, които убиват жертвата и разграждат тялото й. Получените хранителни мономери преминават през мембраната на смилателната вакуола в цитоплазмата на амебата и се използват за енергия и градивен материал. Постепенно мехурчето се смалява, докато в него останат само някои несмилаеми остатъци. Тогава то се премества в задния край на клетката и при движението й се изоставя заедно с малка част от цитоплазмата. Описаният процес, при който клетката поглъща и смила сравнително едра частичка, се нарича фагоцитоза (т.е. “клетъчно хранене” от гр. фагос – който яде и китос – клетка).

Амебата се размножава чрез делене, което ще разгледаме в следващ урок.

Още снимки на амеби можете да видите например тук. 

Copyright Майя Маркова

Имате право да съхранявате, размножавате и разпространявате този текст, стига да не го представяте като създаден от вас или от трето лице и да не извличате печалба.

Към съдържанието

Цикъл 1, практическа задача 3 – Наблюдение на цианобактерии

февруари 29, 2008

_

Задачата изисква микроскоп, увеличаващ най-малко 400 пъти.

Щом четете това, вие имате достъп до Интернет. Намерете и разгледайте микроскопски снимки на цианобактерии, за да имате представа какво търсите. Ето някои подходящи страници:

http://www-cyanosite.bio.purdue.edu/images/images.html

http://www.cyanobacteria-platform.com/cyanobacteria.html

Не се притеснявайте, ако не знаете английски. Трябват ви само картинките, не текстът. Не се опитвайте да запомняте имената на видовете, защото няма да се опитвате да определяте вида на “своите” цианобактерии. Това би било трудна задача дори за учителя ви. Човек трябва да се занимава специално с цианобактерии, за да ги разпознава.

Извадени от естествената си среда, цианобактериите умират лесно. Затова вземете пробата в деня преди наблюдението и я дръжте в хладилника. Още по-добре е да я вземете в деня на наблюдението, на път за училище.

Как се набавя проба, съдържаща цианобактерии: Вземете малко бурканче и го измийте добре. Пригответе си подходящ инструмент – стара лъжица или детска лопатка за пясък. В много от местата, където живеят цианобактериите, не е желателно да се бърка с голи ръце (особено ако човек е гнуслив).

Ако видите дърво със зелен налеп по сенчестата страна на стъблото, опитайте да остържете малко от позеленялата кора. Подходящ налеп може да има и по влажни камъни, например по коритото на външна чешма или по стените на изкуствено езерце. По дъното на “дълготрайните” локви и по калта около тях често се образува зеленикава лигава коричка. Ако видите такова място, загребете малко от позеленялата кал. Цианобактерии често се натрупват и по водната повърхност на блатата и локвите.

Пригответе от пробата си временен микроскопски препарат. Ако сте взели блатна или локвена вода, трябва само да сложите една капка между предметно и покривно стъкло. Ако пробата ви е кал или остърган налеп, трябва да вземете съвсем мъничко от нея, да го разбъркате с капка вода върху предметно стъкло и тогава да сложите покривно стъкло.

Остава да нагласите препарата на микроскопа и да потърсите цианобактерии. Възможно е да се натъкнете на водорасли. Техните клетки са по-големи от тези на цианобактериите. Учителят ще ви каже дали обектът, което наблюдавате, наистина е цианобактерия. 

Copyright Майя Маркова

Имате право да съхранявате, размножавате и разпространявате този текст, стига да не го представяте като създаден от вас или от трето лице и да не извличате печалба.

Към съдържанието

Цикъл 1, урок 7 – Фотосинтеза. Цианобактерии

февруари 29, 2008

cyanobacteria.jpg

Микроскопски снимки на цианобактерии: горе – вкаменени останки на възраст около 850 млн. години, долу – съвременни представители, подбрани така, че да им приличат; вляво – колониални, вдясно – нишковидни цианобактерии. Снимките на микровкаменелостите са любезно предоставени от J. William Schopf, съвременната нишковидна цианобактерия е от Microbial Diversity, с любезното разрешение на авторите. 

Автотрофно хранене. Както знаем, храненето бива два вида – автотрофно и хетеротрофно. Вече разгледахме хетеротрофното хранене, при което организмът поема готови органични вещества. При автотрофното хранене организмът поема неорганични вещества и от тях образува (синтезира) органични. Думата “автотроф” на гръцки означава “който се храни сам” (“авто” – сам и “троф” – хранене). На български се използва и терминът “самостойно хранене”.

Най-важните неорганични вещества, нужни за автотрофното хранене, са въглеродният двуокис и водата. От тях клетката синтезира въглехидрати. Знаем, че когато органични вещества се разградят до неорганични, се отделя енергия (процесът дишане). Съответно, за да се получат органични вещества от неорганични, трябва да се вложи енергия. Автотрофното хранене се нуждае от енергиен източник.

Фотосинтеза. Енергийният източник, необходим на автотрофите, е Слънцето. То ежедневно осигурява енергия във вид на светлина. Процесът, при който клетката образува органични вещества от неорганични с използване на светлинна енергия, се нарича фотосинтеза.

За фотосинтезата са необходими багрила (пигменти) – цветни вещества, които поглъщат светлината. Фотосинтетичните багрила на автотрофните бактерии се разполагат в мембранни гънки и мехурчета в цитоплазмата. Тези вътреклетъчни мембрани се образуват чрез разрастване на клетъчната мембрана навътре.

Най-древните фотосинтезиращи бактерии са били анаеробни и са фотосинтезирали, без да отделят кислород. Техни потомци живеят и днес. Наричат се зелени и пурпурни серни бактерии. Не са много разпространени, защото днес на твърде малко места има светлина, а няма кислород.

По-късно някои бактерии, наречени цианобактерии, са започнали да извършват фотосинтеза с отделяне на кислород. Поради голямото им значение ще ги разгледаме в отделна точка.

Цианобактерии. Това е най-разпространената и важна група фотосинтезиращи бактерии. Някои автори ги разглеждат съвсем отделно от останалите бактерии.

Най-важното фотосинтетично багрило на цианобактериите се нарича хлорофил и има зелен цвят. Клетката съдържа и други багрила, затова цветът й може да бъде различен, най-често синьозелен или тъмнозелен. Първите описани цианобактерии са синьозелени и биват наречени “синьозелени водорасли”. По-късно се въвежда името цианобактерии (“сини бактерии”), за да се подчертае родството им с другите бактерии и да се разграничат от водораслите, които не са бактерии.

Цианобактериите биват едноклетъчни, колониални и нишковидни. Разликата е, че след делене клетките при едноклетъчните видове се откъсват, при колониалните видове остават сближени като грозд, а при нишковидните видове остават една до друга и образуват верижка. Някои автори смятат нишката също за вид колония, а други – за многоклетъчен организъм. Този терминологичен въпрос не е толкова важен. Колониалните цианобактерии се размножават чрез разпадане на колонията, а нишковидните – чрез накъсване на нишката.

Цианобактериите нямат камшичета. Повечето от тях образуват върху клетъчната си стена слузеста капсула, която ги предпазва от изсъхване.

Макар да не са най-древните организми, цианобактериите са възникнали много отдавна. По това време атмосферата не е съдържала свободен кислород. Цианобактериите са започнали да извършват фотосинтеза с отделяне на кислород. Тази фотосинтеза по своя резултат е точно обратна на дишането.

Новият вид автотрофно хранене се е оказал изгоден. Цианобактериите са се размножили и разпространили широко. В резултат на тяхната фотосинтеза постепенно се е натрупал кислород. Останалите бактерии са били принудени или да се крият в лишени от кислород местообитания, или да се научат да понасят кислорода. В крайна сметка повечето от тях са започнали не само да го понасят, а и да го използват за дишане.

Цианобактериите също дишат. Така си набавят енергия нощем. Цианобактериите живеят в сладките и солените води, а също и на влажни места на сушата. Можем да ги видим като тъмнозелен налеп върху влажна почва, камъни или по кората на дърветата.

Понякога цианобактериите в даден водоем се размножават толкова силно, че водата позеленява. Явлението се нарича “цъфтеж” на водата. То не трае дълго – щом благоприятните условия изчезнат, цианобактериите измират масово. Това е неприятно, защото гниенето им изчерпва кислорода във водата. Така много риби и други водни организми умират от задушаване.

Не трябва обаче да смятаме цианобактериите за “вредни”. Като произвеждат органични вещества, те осигуряват храна за много хетеротрофни организми. Цианобактериите, които живеят на повърхността на почвата, допринасят за нейното плодородие.

Нещо в повече

Някои цианобактерии натрупват отровни вещества. Това е защита срещу изяждане от хетеротрофни организми. Докато цианобактерията е жива, отровните вещества стоят в тялото й. Когато умре, клетъчната й мембрана се разкъсва и ги освобождава. Обикновено това не е проблем, защото цианобактериите са микроскопични и съответно количеството отрова е малко. При “цъфтеж” обаче такъв вид може буквално да отрови водата.

Въпрос

Можете ли да посочите и други фотосинтезиращи автотрофи освен цианобактериите? Подсказване: кои от познатите ви организми се нуждаят само от светлина, вода, въздух и малко соли?

Източници

Кожухаров С., Л. Банчева, Д. Павлова, Е. Кожухарова. Биология – учебник за 6. клас. Сиела, София, 2003.

Димитров С., Д. Делипавлов, М. Попова, И. Ковачев, Д. Терзийски, И. Чешмеджиев. Ботаника – учебник за студентите от ВСИ “Васил Коларов”. Земиздат, София, 1988. 

Copyright Майя Маркова

Имате право да съхранявате, размножавате и разпространявате този текст, стига да не го представяте като създаден от вас или от трето лице и да не извличате печалба.

Към съдържанието

Цикъл 1, урок 6 – Хетеротрофно хранене при бактериите

февруари 18, 2008

smilane.jpg

Схема на смилането при хетеротрофна бактерия (клетката и хранителните молекули не са дадени в един мащаб).

bacterii_usta.jpg

Бактерии, остъргани от устната кухина на здрав човек.

Понятие за хранене. Всеки организъм, за да живее, трябва да поема и включва в тялото си вещества от околната среда. Процесът се нарича хранене.

Особено място в храненето заемат органичните вещества, по-точно мономерите. Както обсъдихме в предишния урок, тяхното разграждане при дишането и ферментацията осигурява енергия за всички жизнени процеси. Освен това от мономерите се изграждат полимери, които са важна съставка на клетката. Растежът и размножаването са невъзможни без достатъчно нови органични вещества, които да служат като градивен материал на живото тяло.

Видове хранене. Има два основни вида хранене. При автотрофното (самостойно) хранене организмът всмуква от средата неорганични вещества и ги преобразува в органични. При хетеротрофното (несамостойно) хранене, което е предмет на този урок, организмът поема направо органични вещества.

Начинът на хранене е белег на вида и изобщо на групата, към която принадлежи организмът. Затова самите видове се делят на автотрофи и хетеротрофи. Повечето бактерии са хетеротрофи.

Първите живи същества на Земята също са били хетеротрофни бактерии. Те са се хранели с органични вещества, образувани в неживата среда с помощта на енергия от мълниите. Днес обаче хетеротрофите изцяло разчитат на това, което са произвели автотрофите. Самата дума “хетеротроф” означава “който се храни от някой друг” (образувана е от гръцките думи “хетеро” – различен и “троф” – хранене).

Не всички хетеротрофи се хранят пряко с автотрофни организми. Както ще видим по-долу, много хетеротрофи се хранят с други хетеротрофи или с органични вещества, които вече не принадлежат на никой организъм. Дадена хранителна молекула може да премине през цяла верига от организми, от които само първият е автотроф.

Смилане при хетеротрофните бактерии. Органичните мономери рядко се намират наготово. По-голямата част от органичните съставки на храната са полимери. Клетъчната мембрана е непропусклива за техните големи молекули и това не е случайно. Те не са нужни на бактерията в този вид. Може да й трябват полимери, но конкретни полимери, които тя сама ще изгради от мономери, а не случайните чужди полимери, които се намират в храната. Освен това някои от полимерите в средата може да са произведени от естествен враг на бактерията като “биологично оръжие”. Да се допусне чужд полимер да влезе в клетката е все едно да се вкара троянски кон. Затова органичните полимери от храната могат да се използват от хетеротрофите едва след като се разградят до мономери чрез процес, наречен смилане.

Смилането започва, като бактерията произвежда смилателен сок и го отделя в средата. Той разгражда полимерите до мономери. След това клетката всмуква мономерите през мембраната си и ги използва.

Видове хетеротрофно хранене при бактериите. Не само бактериите изобщо, а и хетеротрофните бактерии се делят на групи според това как и с какво точно се хранят.

Паразитно хранене. Някои бактерии извличат нужните им хранителни вещества пряко от друг жив организъм, като му нанасят вреда. Те се наричат паразити. Организмът, от който се хранят паразитите, се нарича техен гостоприемник. Всъщност терминът “гостоприемник” се използва за всеки организъм, който приютява или храни много по-дребни организми от друг вид, независимо дали те са паразити.

Паразитните бактерии причиняват болести на своите гостоприемници. Някои бактерии са болестотворни за растенията, а други – за животните, включително за човека.

Сапрофитно (сапротрофно) хранене. Други бактерии се хранят с мъртво органично вещество – трупове на други организми, изпражнения, окапали листа на растения и др. Наричат се сапрофити или сапротрофи (от гр. сапрос – гнил). Те охотно се хранят с вещества, които ние никога не бихме сметнали за ядливи. Аеробните сапрофитни бактерии чрез своето хранене и дишане превръщат органичните вещества, които вече не са нужни на своя организъм, в неорганични, които могат да се усвоят от автотрофите. Така аеробните сапрофити играят важна роля в кръговрата на веществата. Такива бактерии пречистват замърсената с органични вещества вода в пречиствателните станции.

По-голямата част от нашата храна също е мъртва органична материя и е неприятно, когато сапрофитни бактерии започнат да я ядат преди нас. Техните смилателни сокове причиняват разваляне (вкисване) на храната.

Някои сапрофитни бактерии се настаняват върху по-голям жив организъм (гостоприемник) и ядат мъртвото органично вещество, което може да се намери по него – например отронени мъртви клетки от кожата и лигавиците или храна, поета в устата (вж. снимката). По тялото на всеки човек има множество сапрофитни бактерии, които той изобщо не усеща.

Понякога сапрофитът започва да носи полза на своя гостоприемник. Например бактериите в нашите черва ни предпазват от болестотворни бактерии, като се конкурират с тях. Освен това те ни снабдяват с някои витамини. Такова взаимоизгодно отношение между организми от различни видове се нарича мутуализъм или симбиоза.

Една от симбионтните бактерии, които живеят в човешките черва – т. нар. чревна пръчица, е любим обект за биологични опити.

Симбионтно хранене. В някои случаи гостоприемникът не само оставя своите бактерии-симбионти да използват малко количество от неговата храна, а и специално отделя хранителни вещества за тях. Например във влагалището на жената нормално живеят млечнокисели бактерии, които го предпазват от заселване с паразитни бактерии. Положението е подобно на това в червата. Разликата е, че влагалището отделя въглехидрат специално за храна на млечнокиселите бактерии. Това вече не е сапрофитно хранене, а отделен вид хранене, което можем да наречем симбионтно.

Бобовите растения са в симбиоза с бактерии, които могат да усвояват азот от въздуха. По корените се образуват специални грудки, в които се заселват бактериите. Те получават от растението органични вещества, а в замяна му дават азотни съединения.

Нещо в повече

Как се храни човекът? Доколкото се нуждаем от готови органични вещества, ние, разбира се, сме хетеротрофи (както и останалите животни). Но нашето хранене, при което поглъщаме хапки несмляна храна (жива или мъртва) и я смиламе в тялото си, не е нито паразитно, нито сапротрофно, нито симбионтно. То се нарича холозойно хранене.

Холозойното хранене е “по-естетично” от сапротрофното, защото поглъщаме само толкова храна, колкото ни трябва, и никой не вижда как я смиламе. Но когато се случи да повърнем, става очевидно, че нашите смилателни сокове променят храната също като бактериалните. Повърнатата храна съвсем прилича на вкисната. 

Copyright Майя Маркова Имате право да съхранявате, размножавате и разпространявате този текст, стига да не го представяте като създаден от вас или от трето лице и да не извличате печалба.

Към съдържанието

Цикъл 1, практическа задача 2 – Млечнокисела ферментация

февруари 13, 2008

_

Човекът познава бактериите едва от няколкостотин години, но използва техните жизнени процеси от незапомнени времена. Прясното мляко съдържа въглехидрат, наречен млечна захар или лактоза. Млечнокиселите бактерии я разграждат до млечна киселина чрез ферментация. При това прясното мляко се превръща в кисело. Човекът задейства процеса, като заквасва прясното мляко, т.е. прибавя към него малко количество кисело мляко, съдържащо живи млечнокисели бактерии.

Задачата ви е да подквасите прясно мляко, т.е. да го превърнете в кисело. Това не е трудно и ако имате роднини на село, сигурно вече сте го правили. Изберете буркан според количеството кисело мляко, което искате да получите. Вземете съответно количество прясно мляко и малко кисело мляко за закваска.

За да се получи подквасването, трябва да вземете мерки срещу ненужните микроорганизми. Ако освен млечнокиселите бактерии в съда има и значителен брой други бактерии, тяхната жизнена дейност ще промени съставките на млякото. При това то най-вероятно, вместо да се подкваси, ще се вкисне. Още по-лошо е, че някои болестотворни бактерии се размножават добре в мляко.

Измийте добре буркана и капака му, за да премахнете полепналите микроорганизми. Нагрейте прясното мляко до кипване. Като се охлади малко, налейте го в буркана. Изчакайте да изстине до около 40 градуса. Това значи, че като капнете от млякото върху опакото на дланта си, трябва да го усещате поносимо топло. Внимавайте да не се изгорите при проверката на температурата.

Ако използвате UHT-стерилизирано мляко, кипването му е излишно. В този случай трябва да го нагреете до около 40 градуса.

Щом получите желаната температура, заквасете млякото. Подходящо количество кисело мляко за малък буркан е чаена лъжичка, за голям – супена. Разбийте го старателно, добавете го към прясното мляко и разбъркайте добре. Най-добре първо го разбъркайте с малко прясно мляко и тогава го изсипете при останалото количество.

Затворете буркана и се погрижете да е на топло. Ако е малък, можете да го сложите в по-голям съд, пълен с топла вода (т. нар. водна баня). Голям буркан може просто да се увие в парче плат (за предпочитане вълнен) и да се остави на най-топлото място в къщата. Смисълът на затоплянето е да ускори ферментацията и размножаването на бактериите. Всички жизнени процеси протичат по-бързо при по-висока температура, стига да не е толкова висока, че да убие организма.

След 2 – 4 часа млякото трябва да е подквасено. Това се познава по вида му – от еднородна бяла течност то се превръща в маса от бели парцали в бистър разтвор. Причината е, че белтъците (на които млякото е богато) в кисела среда се пресичат.

Времето за подквасване зависи от вашите предпочитания. Току-що пресеченото мляко има мек вкус и е подходящо за малки деца, за които търговското кисело мляко е твърде кисело. Ако вие го предпочитате по-кисело, оставете го да ферментира още малко. Внимавайте да не стане толкова кисело, че да не може да се яде. Когато вкусът ви хареса, махнете кърпата или водната баня и преместете буркана в хладилника, за да забавите по-нататъшната ферментация. Добре е млякото да престои на студено 1-2 часа, преди да го поднесете за ядене.

Ако не бързате, можете да подквасвате мляко и на стайна температура, но ще е необходимо денонощие или повече.

Готовото домашно кисело мляко трябва да се изяде в разумен срок. За разлика от търговското то не съдържа консерванти. Ниската температура в хладилника само забавя жизнените процеси на бактериите, но не ги спира напълно. Оставите ли млякото да престои твърде дълго, накрая ще трябва да го изхвърлите.

Ако вашето кисело мляко ви хареса, можете да използвате малко от него за закваска на ново количество прясно мляко и така, докато ви омръзне. 

Източник

Рачев Л., О. Каменова, Ж. Желев, Л. Бойдашева, М. Чернева. Отглеждане на кърмачето и малкото дете. Х преработено издание, Медицина и физкултура, София, 1976, стр. 74-75. 

Copyright Майя Маркова. Имате право да съхранявате, размножавате и разпространявате този текст, стига да не го представяте като създаден от вас или от трето лице и да не извличате печалба.

Към съдържанието