SpiS treści

Spis treści
Wstęp
Drogi Maturzysto!......................................................................................................................................................11
Biochemia czyli chemia życia
Metody określania składu chemicznego organizmów.........................................................................................13
Makroelementy i pierwiastki biogenne..................................................................................................................14
Mikro- i ultraelementy...............................................................................................................................................15
Tlenek wodoru czyli woda........................................................................................................................................15
Właściwości wody i ich znaczenie dla życia...................................................................................................16
Związki organiczne, ich występowanie i rola biologiczna..................................................................................17
Cukry.....................................................................................................................................................................17
Lipidy (tłuszczowce)............................................................................................................................................20
Białka i ich monomery.......................................................................................................................................23
Kwasy nukleinowe...............................................................................................................................................26
Metody wykrywania związków organicznych.................................................................................................29
Skutki niedoboru makro- i mikroelementów dla żywych organizmów............................................................30
Cytologia: budowa i właściwości żywych komórek
Komórkowa teoria budowy organizmów żywych.................................................................................................35
Eukariotyczny i prokariotyczny plan budowy komórki.....................................................................................35
Błony biologiczne....................................................................................................................................................... 37
Składniki i budowa molekularna błon plazmatycznych..............................................................................37
Rola cholesterolu.................................................................................................................................................38
Transport substancji przez błony.....................................................................................................................38
Błona komórkowa................................................................................................................................................39
Ultrastruktura komórki prokariotycznej................................................................................................................39
Bakterie Gram-ujemne i Gram-dodatnie..........................................................................................................39
Fałdy błony komórkowej i struktury pochodne............................................................................................40
Substancje zapasowe...........................................................................................................................................40
Nukleoid, plazmidy i rybosomy.......................................................................................................................40
Ultrastruktura komórki eukariotycznej..................................................................................................................41
Cytoplazma...........................................................................................................................................................42
Aparat Golgiego (GA)................................................................................................................................................44
Jądro komórkowe.................................................................................................................................................49
4
Spis treœci
Fizjologia żywej komórki
Metabolizm komórkowy...........................................................................................................................................52
Enzymy..................................................................................................................................................................52
Tempo reakcji enzymatycznej...........................................................................................................................54
Enzymy i szlaki metaboliczne...........................................................................................................................56
Procesy anaboliczne i kataboliczne..................................................................................................................57
ATP jako uniwersalna waluta energetyczna....................................................................................................57
Odżywianie się komórek...........................................................................................................................................58
Autotrofy...............................................................................................................................................................58
Przyswajanie azotu atmosferycznego u bakterii autotroficznych...............................................................60
Uwalnianie energii dla procesów życiowych..........................................................................................................60
Cytoplazmatyczny etap oddychania komórkowego.....................................................................................61
Oddychanie mitochondrialne...........................................................................................................................63
Równowaga osmotyczna komórki...........................................................................................................................64
Plazmoliza i deplazmoliza..................................................................................................................................65
Gospodarka odpadami metabolicznymi................................................................................................................65
Dezaminacja i transaminacja.............................................................................................................................65
Cykl mocznikowy................................................................................................................................................66
Ruch cytoplazmy, organelli i komórek...................................................................................................................66
Cykl życiowy komórki...............................................................................................................................................67
Fazy cyklu komórkowego...................................................................................................................................67
Mitoza, czyli podział komórki na dwie potomne................................................................................................68
Cytokineza............................................................................................................................................................70
Rola biologiczna mitozy....................................................................................................................................70
Mitoza i mejoza: porównanie przebiegu i funkcji biologicznych.....................................................................70
Inne sposoby podziału komórki.......................................................................................................................72
Różnorodność organizmów żywych
Systematyka jako nauka.............................................................................................................................................73
Historia systematyki............................................................................................................................................73
Definicja gatunku................................................................................................................................................73
Różne podejścia do systematyki.......................................................................................................................74
Źródła wiedzy o pokrewieństwie organizmów...............................................................................................75
Zarys systematyki świata żywego......................................................................................................................77
Wirusy........................................................................................................................................................................... 77
Budowa wirionu i klasyfikacja wirusów..........................................................................................................77
Wirusy jako obiekty z pogranicza świata żywego.........................................................................................78
Cykl replikacyjny faga litycznego i lizogenicznego......................................................................................79
Cykl replikacyjny wirusa HIV i choroba AIDS.............................................................................................80
Choroby wirusowe roślin, zwierząt i człowieka.............................................................................................85
Poglądy na pochodzenie wirusów....................................................................................................................87
Królestwo Procaryota.................................................................................................................................................87
Sposoby odżywiania się bakterii.......................................................................................................................87
Procesy płciowe bakterii.....................................................................................................................................87
Klasyfikacja morfologiczna komórek i kolonii bakteryjnych.....................................................................87
Ekologia i systematyka bakterii.........................................................................................................................88
Znaczenie bakterii w przyrodzie, życiu i gospodarce człowieka................................................................89
Choroby bakteryjne............................................................................................................................................89
Aseptyka, antyseptyka i antybiotyki................................................................................................................92
Protisty jako najprostsze organizmy eukariotyczne.............................................................................................92
Systematyka protistów........................................................................................................................................93
Cykle życiowe protistów.....................................................................................................................................97
Spis treœci
5
Protisty jako czynniki chorobotwórcze...........................................................................................................99
Grzyby (Mycetes) jako odrębne królestwo...............................................................................................................99
Cechy biologii grzybów...................................................................................................................................100
Przegląd systematyczny.....................................................................................................................................100
Znaczenie grzybów w przyrodzie i życiu człowieka...................................................................................103
Porosty (Lichenes).....................................................................................................................................................103
Tkanki roślinne.........................................................................................................................................................104
Pierwotna i wtórna ściana komórkowa: struktura, powstawanie i modyfikacje....................................105
Tkanki twórcze...................................................................................................................................................105
Tkanki stałe.........................................................................................................................................................106
Organy wegetatywne roślin.....................................................................................................................................110
Korzeń i jego funkcje.......................................................................................................................................110
Pęd jako stelaż dla aparatu asymilacyjnego..................................................................................................111
Liść i jego rola....................................................................................................................................................113
Metamorfozy organów roślinnych.................................................................................................................114
Teoria telomowa i pochodzenie roślin.................................................................................................................116
Psylofity i ryniofity: pierwotne rośliny lądowe..................................................................................................116
Mszaki jako poboczna linia rozwojowa roślin telomowych.............................................................................118
Specyficzne cechy mszaków............................................................................................................................118
Cykl życiowy mchu płonnika.........................................................................................................................118
Systematyka, występowanie i znaczenie mszaków.......................................................................................119
Paprotniki (Pteridophyta)...........................................................................................................................................120
Organy wegetatywne paprotników.................................................................................................................120
Cykl życiowy paproci jednakozarodnikowych.............................................................................................120
Cykl życiowy paprotników różnozarodnikowych........................................................................................122
Przegląd współczesnych i wymarłych paprotników.....................................................................................123
Rośliny nasienne (Spermatophyta)...........................................................................................................................123
Przystosowanie organów wegetatywnych roślin nagonasiennych (Gymnospermae) do lądu.................123
Cykl życiowy sosny zwyczajnej.......................................................................................................................124
Systematyka nagonasiennych...........................................................................................................................126
Znaczenie przyrodnicze i gospodarcze nagonasiennych............................................................................127
Okrytozalążkowe (okrytonasienne, Angiospermae)....................................................................................127
Budowa kwiatu okrytonasiennych..................................................................................................................128
Rozwój i budowa zalążka.................................................................................................................................128
Podwójne zapłodnienie.....................................................................................................................................129
Ochrona przed zapyleniem własnym pyłkiem.............................................................................................130
Rodzaje kwiatów i kwiatostanów....................................................................................................................130
Powstawanie nasion i owoców........................................................................................................................130
Owoce i owocostany.........................................................................................................................................131
Zoologia systematyczna...........................................................................................................................................133
Wczesny rozwój zarodka zwierząt: bruzdkowanie..............................................................................................134
Gąbki (Poriphera): zwierzęta przedtkankowe........................................................................................................135
Dwuwarstwowce: parzydełkowce i żebropławy....................................................................................................135
Środowisko życia................................................................................................................................................136
Ruch, symetria, forma życiowa.......................................................................................................................136
Budowa ciała.......................................................................................................................................................136
Czynności życiowe............................................................................................................................................136
Rozmnażanie......................................................................................................................................................136
Przegląd systematyczny.....................................................................................................................................137
Znaczenie w przyrodzie....................................................................................................................................137
Znaczenie dla człowieka...................................................................................................................................137
Najprostsze trójwarstwowce: robaki płaskie (Platyhelminthes)...........................................................................137
6
Spis treœci
Wstężniaki..................................................................................................................................................................138
Robaki obłe (obleńce, Nemathelminthes)...............................................................................................................138
Pierwsze zwierzęta celomatyczne: pierścienice (Annelida).................................................................................139
Stawonogi (Arthropoda)............................................................................................................................................141
Budowa ciała.......................................................................................................................................................141
Rozmnażanie......................................................................................................................................................142
Przegląd systematyczny stawonogów.............................................................................................................143
Znaczenie dla człowieka...................................................................................................................................145
Mięczaki (Mollusca) jako odrębna linia rozwojowa zwierząt celomatycznych..............................................145
Środowisko życia................................................................................................................................................145
Ruch i symetria..................................................................................................................................................145
Budowa ciała.......................................................................................................................................................145
Czynności życiowe............................................................................................................................................146
Rozmnażanie......................................................................................................................................................146
Przegląd systematyczny mięczaków................................................................................................................146
Znaczenie w przyrodzie....................................................................................................................................147
Znaczenie dla człowieka...................................................................................................................................147
Wtórouste (Deuterostomata)......................................................................................................................................147
Szkarłupnie (Echinodermata): mieszkańcy ciepłych i słonych mórz................................................................148
Strunowce (Chordata)...............................................................................................................................................149
Bezczaszkowce (Cephalochordata).....................................................................................................................150
Osłonice (Tunicata)............................................................................................................................................150
Kręgowce (Vertebrata)................................................................................................................................................150
Kręgowce niższe (kręgowce o dwu błonach płodowych)...........................................................................151
Kręgowce wodne – ryby (Pisces)......................................................................................................................151
Płazy: kręgowce ziemnowodne (Amphibia)...................................................................................................153
Kręgowce wyższe (owodniowce)......................................................................................................................155
Gady (Reptilia)....................................................................................................................................................155
Ptaki (Aves)..........................................................................................................................................................158
Pochodzenie ptaków, upierzenie i zdolności do lotu................................................................................160
Ssaki (Mammalia) jako najwyżej rozwinięta gromada kręgowców...........................................................160
Funkcjonowanie organizmu człowieka w oparciu o struktury anatomiczne
Tkanka, narząd, układ: poziomy organizacji ciała człowieka...........................................................................165
Tkanka nabłonkowa..........................................................................................................................................165
Tkanka łączna.....................................................................................................................................................167
Tkanka mięśniowa.............................................................................................................................................169
Tkanka nerwowa................................................................................................................................................170
Organizacja tkankowa a powstawanie nowotworów..........................................................................................171
Odżywianie.................................................................................................................................................................172
Klasyfikacja składników odżywczych.............................................................................................................172
Witaminy i skutki ich braku...........................................................................................................................173
Bilans energetyczny...........................................................................................................................................175
Rola błonnika w diecie.....................................................................................................................................177
Tłuszcze w diecie...............................................................................................................................................178
Układ pokarmowy człowieka..................................................................................................................................178
Przewód pokarmowy.........................................................................................................................................178
Wątroba i drogi żółciowe.................................................................................................................................184
Trzustka...............................................................................................................................................................184
Trawienie u przeżuwaczy..................................................................................................................................184
Etapy trawienia cukrów, tłuszczów i białek u człowieka............................................................................185
Transport i magazynowanie wchłoniętych składników pokarmowych....................................................186
Spis treœci
7
Zaburzenia odżywiania i choroby metaboliczne.........................................................................................187
Układ oddechowy i wymiana gazowa...................................................................................................................189
Oddychanie pod wodą.....................................................................................................................................189
Powierzchnie oddechowe u zwierząt oddychających powietrzem............................................................191
Drogi oddechowe człowieka...................................................................................................................................191
Jama nosowa.......................................................................................................................................................192
Tchawica i oskrzela............................................................................................................................................192
Płuca.....................................................................................................................................................................192
Mechanizm i regulacja oddychania................................................................................................................192
Regulacja tempa oddechu................................................................................................................................193
Transport gazów oddechowych we krwi.......................................................................................................194
Ciśnienie parcjalne i oddychanie człowieka na dużych wysokościach...................................................196
Serce i układ krążenia..............................................................................................................................................196
Rodzaje naczyń krwionośnych........................................................................................................................196
Sieci kapilarne....................................................................................................................................................197
Położenie i budowa serca.................................................................................................................................198
Duży i mały krwiobieg.....................................................................................................................................199
Cykl pracy serca.................................................................................................................................................199
Badanie pracy serca: osłuch, EKG. Pomiar ciśnienia i tętna.....................................................................200
Rozrusznik serca................................................................................................................................................201
Krew, jej rola i składniki...................................................................................................................................201
Krwotok i hemostaza........................................................................................................................................204
Swój czy obcy? Odpowiedź immunologiczna organizmu................................................................................204
Centralne i obwodowe narządy limfatyczne................................................................................................204
Zapalenie jako nieswoista odpowiedź immunologiczna............................................................................205
Mechanizmy odporności swoistej..................................................................................................................206
Alergie i choroby autoimmunologiczne.......................................................................................................211
Układ wydalniczy......................................................................................................................................................212
Osmoregulacja u ryb........................................................................................................................................213
Wydalanie u człowieka.............................................................................................................................................214
Budowa i funkcja nerki....................................................................................................................................214
Choroby i higiena układu moczowego.........................................................................................................216
Metody stosowane przy niewydolności nerek..............................................................................................216
Analiza moczu...................................................................................................................................................217
Zwierzęta osmokonformistyczne i osmoregulujące............................................................................................217
Końcowe produkty przemiany azotowej w świecie zwierząt.....................................................................218
Rozmnażanie płciowe u zwierząt i człowieka......................................................................................................219
Gametogeneza....................................................................................................................................................220
Męskie narządy rozrodcze i ich funkcjonowanie........................................................................................222
Żeński układ rozrodczy, cykl płciowy i zapłodnienie.................................................................................223
Ciąża i poród.....................................................................................................................................................225
Regulacja nerwowa czynności życiowych i praca mózgu..................................................................................228
Zjawiska elektryczne i chemiczne w błonie komórkowej neuronu..........................................................228
Budowa i mechanizm działania synapsy.......................................................................................................229
Anatomia układu nerwowego..........................................................................................................................232
Łuk odruchowy..................................................................................................................................................236
Funkcjonalny podział układu nerwowego....................................................................................................237
Podstawy zoopsychologii.........................................................................................................................................239
Narządy zmysłów......................................................................................................................................................241
Pojęcie receptora i ogólna klasyfikacja zmysłów.........................................................................................241
Narząd zmysłu wzroku.....................................................................................................................................241
Narząd zmysłu słuchu i równowagi...............................................................................................................244
8
Spis treœci
Zmysł chemiczny: węch i smak......................................................................................................................247
Zmysły skórne....................................................................................................................................................248
Czucie wisceralne i proprioceptywne............................................................................................................248
Hormonalna regulacja czynności życiowych.......................................................................................................248
Czynność wydzielnicza komórek i typy gruczołów....................................................................................248
Porównanie regulacji nerwowej i hormonalnej............................................................................................249
Gruczoły wydzielania wewnętrznego.............................................................................................................249
Rodzaje hormonów ssaków i człowieka........................................................................................................249
Hormony stawonogów.....................................................................................................................................250
Działanie, skutki nadmiaru i niedoboru hormonów u człowieka...........................................................250
Hierarchiczność kontroli hormonalnej i rola podwzgórza.......................................................................252
Skóra jako narząd.....................................................................................................................................................254
Budowa skóry człowieka..................................................................................................................................254
Układ ruchu...............................................................................................................................................................256
Rodzaje i funkcja szkieletu u zwierząt...........................................................................................................256
Szkielet człowieka: kości i ich połączenia.....................................................................................................257
Choroby układu szkieletowego.......................................................................................................................264
Mięśnie jako czynna część aparatu ruchu....................................................................................................264
Termoregulacja..........................................................................................................................................................267
Zmiennocieplność i stałocieplność................................................................................................................267
Ontogeneza człowieka.............................................................................................................................................268
Stan zdrowia i choroby
Definicja choroby. Najważniejsze źródła chorób człowieka............................................................................269
Fizjologia roślin
Fotosynteza................................................................................................................................................................277
Budowa i właściwości chlorofilu....................................................................................................................277
Anteny fotosyntetyczne i fotosystemy...........................................................................................................278
Reakcje zależne od światła...............................................................................................................................279
Reakcje niezależne od światła..........................................................................................................................280
Uwarunkowania tempa fotosyntezy...............................................................................................................282
Wymiana gazowa u roślin.......................................................................................................................................283
Transpiracja i transport wody w roślinie..............................................................................................................285
Zjawiska kapilarne.............................................................................................................................................287
Transport asymilatów w roślinie............................................................................................................................288
Regulacja czynności życiowych roślin..................................................................................................................288
Rodzaje czynników regulujących....................................................................................................................288
Fotoperiodyzm...................................................................................................................................................288
Termoperiodyzm................................................................................................................................................289
Fitohormony.......................................................................................................................................................289
Pobudliwość i ruchy roślin.....................................................................................................................................290
Spoczynek i kiełkowanie nasion.............................................................................................................................292
Przebieg kiełkowania.........................................................................................................................................292
Ekologia
Populacja ekologiczna..............................................................................................................................................293
Cechy populacji.................................................................................................................................................293
Dynamika liczebności populacji.....................................................................................................................295
Biocenoza...................................................................................................................................................................298
Producenci, konsumenci i reducenci.............................................................................................................298
Jak rozumieć pojęcie niszy ekologicznej.......................................................................................................299
Stosunki antagonistyczne między populacjami...........................................................................................300
Stosunki nieantagonistyczne............................................................................................................................300
Pierwotna i wtórna sukcesja ekologiczna......................................................................................................302
Bioróżnorodność i jej znaczenie....................................................................................................................303
Ekosystem...................................................................................................................................................................304
Energia i materia w ekosystemie.....................................................................................................................304
Cykle biogeochemiczne....................................................................................................................................305
Łańcuchy i sieci troficzne................................................................................................................................307
Piramidy liczebności, biomasy i produkcji...................................................................................................308
Produkcja brutto i netto oraz produkcja pierwotna i wtórna..................................................................309
Biosfera i biomy Kuli Ziemskiej............................................................................................................................310
Genetyka
Historia odkrycia DNA jako nośnika informacji genetycznej i jego struktury...........................................312
Replikacja DNA........................................................................................................................................................312
Komplementarność jako reguła rządząca replikacją DNA........................................................................313
Replikacja semikonserwatywna.......................................................................................................................313
Energia do syntezy DNA i potrzebne enzymy............................................................................................314
Etapy replikacji..................................................................................................................................................314
Genetyka mendlowska.............................................................................................................................................316
Prawa Mendla.....................................................................................................................................................316
Proste krzyżówki genetyczne...........................................................................................................................317
Ewolucja pojęcia genu......................................................................................................................................319
Pozorne odstępstwa od praw Mendla...........................................................................................................319
Geny dopełniające się.......................................................................................................................................320
Epistaza i plejotropia........................................................................................................................................320
Geny kumulatywne i dziedziczenie cech ilościowych................................................................................321
Teoria chromosomowa Morgana...........................................................................................................................323
Mapowanie genów.............................................................................................................................................324
Dziedziczenie płci i cech sprzężonych z płcią....................................................................................................325
Cechy sprzężone z płcią...................................................................................................................................326
Główny „dogmat” biologii: DNA → RNA → białko......................................................................................326
Ekspresja genu u Prokaryota i Eukaryota.......................................................................................................327
Transkrypcja: przepływ informacji genetycznej z DNA na RNA............................................................327
Kod genetyczny.................................................................................................................................................327
Przebieg transkrypcji.........................................................................................................................................329
Regulacja transkrypcji.......................................................................................................................................330
Translacja: „przekład” sekwencji nukleotydów na sekwencję aminokwasów..........................................330
Przebieg translacji..............................................................................................................................................331
Mutacja: błąd podczas przetwarzania informacji genetycznej.........................................................................333
Różne rodzaje mutacji......................................................................................................................................333
Mutageny............................................................................................................................................................334
Analiza drzew rodowych.........................................................................................................................................335
Choroby genetyczne, ich uwarunkowania i przejawy........................................................................................335
Ciężkie upośledzenia wrodzone......................................................................................................................335
Bloki metaboliczne............................................................................................................................................336
Pochodzenie i zmienność form życia
Biogeneza: pochodzenie i powstanie życia na Ziemi........................................................................................338
Teoria samorództwa i jej obalenie..................................................................................................................338
Poglądy na powstanie życia.............................................................................................................................338
Dowody na istnienie życia przed milionami lat i ewolucję organizmów......................................................341
10
Spis treœci
Dowody pośrednie............................................................................................................................................341
Dowody bezpośrednie......................................................................................................................................341
Datowanie skamieniałości roślin i zwierząt..................................................................................................342
Definicja i rodzaje zmienności w populacjach naturalnych............................................................................342
Zmienność dziedziczna i niedziedziczna......................................................................................................342
Mechanizmy ewolucji..............................................................................................................................................344
Losowość i bezkierunkowość mutacji............................................................................................................344
Dobór naturalny i dostosowanie genotypów...............................................................................................344
Selekcja sztuczna................................................................................................................................................346
Dryf genetyczny.................................................................................................................................................346
Prawo Hardy’ego–Weinberga..................................................................................................................................347
Znaczenie rekombinacji genetycznych..........................................................................................................348
Preadaptacje........................................................................................................................................................349
Powstawanie gatunków i rodzaje specjacji...........................................................................................................349
Radiacja adaptatywna........................................................................................................................................350
Etapy rozwoju życia na Ziemi................................................................................................................................350
Najstarsze kopalne ślady życia........................................................................................................................350
Tabela stratygraficzna.......................................................................................................................................350
Afryka kolebką ludzkości: formy przedludzkie i praludzkie.....................................................................352
Indeks
poziom rozszerzony
14
Biochemia czyli chemia ¿ycia
Aby można było analizować składniki próbki, należy je wyodrębnić za pomocą jednej z metod:
•ekstrakcja polega na wytrząsaniu próbki z rozpuszczalnikiem organicznym, do którego przechodzą
substancje nierozpuszczalne w wodzie, jak chlorofil, karoten
•chromatografia to przepuszczanie próbki (np. zhomogenizowanej tkanki, wydzieliny) przez tzw. nośnik (np. bierne wzdłuż paska bibuły, ch. bibułowa, lub tłoczenie przez kolumnę żelu, ch. kolumnowa),
podczas którego poszczególne składniki migrują z właściwą sobie prędkością, uzależnioną m.in. od masy
cząsteczkowej; w ten sposób następuje ich rozdzielenie i staje się możliwa ich identyfikacja
•elektroforeza wykorzystywana jest do rozdziału dużych cząsteczek (białek, DNA, RNA) i wykorzystuje różnice zarówno w ich masie, jak i ładunku elektrycznym; na specjalnym żelu w polu elektrycznym
cząsteczki wędrują z różną prędkością między biegunami (+) i (–)
•metody immunochemiczne polegają na inkubacji płynnej próbki z przeciwciałami (immunoglobulinami), specyficznymi dla poszukiwanych związków, np. hormonów, enzymów
Makroelementy i pierwiastki biogenne
Makr o e le me n t y są to pierwiastki, których udział w su ch e j ma si e organizmu wynosi c o
naj mn ie j 0, 01%. Ten warunek spełniają: węgiel, wodór, tlen, azot, fosfor, siarka, sód, potas, chlor,
magnez i wapń.
Udział procentowy (oś rzędnych) poszczególnych pierwiastków w masie organizmu człowieka
Niektóre pierwiastki, będące dla człowieka mikroelementami, w masie innych organizmów mogą mieć
tak znaczny udział, że stanowią dla nich makroelementy. Dotyczy to np. krzemu (Si). Krzemionka SiO2
wysyca ściany komórkowe wielu roślin, np. skrzypów i traw, buduje pancerzyki okrzemek i radiolarii.
Pierwsze sześć z wymienionych makroelementów, stanowiących zdecydowaną większość w masie
organizmu, określa się jako pierwiastki biogenne (w dosłownym znaczeniu „rodzące życie”, z greckiego
bios – życie, genos – pochodzenie).
Ultrastruktura komórki eukariotycznej
41
Fimbrie (pile) i rzęski bakteryjne
Fimbrie (pile) to rurkowatego kształtu struktury, pokrywające powierzchnię komórki bakteryjnej.
Biorą udział w procesach przylegania bakterii do podłoża (np. do komórek nabłonka gardła lub jelit)
oraz w łączeniu się bakterii podczas aktu płciowego.
Rzęski bakteryjne to struktury włókienkowate, utworzone z białka flageliny, stanowiące organella
ruchu. U podstawy rzęski znajduje się układ białek, które wprawiają rzęskę w ruch rotacyjny. Rzęski mogą
być umieszczone w pęczkach po kilka.
Ultrastruktura komórki eukariotycznej
O prokariontach mówi się, że ich budowa komórkowa jest względnie jednolita, podczas gdy zróżnicowanie rodzajów metabolizmu ogromne. Eukarionty, na odwrót, są podobne pod względem metabolicznym (glikoliza i oddychanie tlenowe), natomiast bardzo zróżnicowane strukturalnie.
Przykładowe komórki eukariotyczne
Stopień komplikacji komórek eukariotycznych ilustruje schemat komórki roślinnej i zwierzęcej.
Ultrastruktura komórki
eukariotycznej zwierzęcej (po
prawej stronie) i roślinnej (po
lewej stronie). AG – aparat
Golgiego, Aps – amyloplast,
BK – błona komórkowa,
Chl – chloroplast, Chr –
chromatyna, CP – ciałko
podstawowe wici lub rzęski,
J – jąderko, JK – jądro
komórkowe, KL – kariolemma,
MK – mikrokosmki, ML –
mikrociała i lizosomy, MT –
mitochondrium, PE – pęcherzyk
endocytarny lub egzocytarny,
PJ – por jądrowy, R – wolne
rybosomy, RER – szorstka
siateczka śródplazmatyczna,
SER – gładka siateczka
śródplazmatyczna, ŚK – ściana
komórkowa, T – tonoplast,
W – wakuola, WR – wić lub
rzęska eukariotyczna
3
Wielkość S informuje o względnej wielkości dużych cząsteczek, takich jak białka (wartości S nie sumują się).
poziom rozszerzony
Plazmidy to małe, koliste cząsteczki DNA, o zmiennej liczbie, rozmieszczone w cytoplazmie bakterii.
Zawierają np. geny oporności na antybiotyk lub inne, których komórka potrzebuje tylko doraźnie. Są
wymieniane między komórkami, co stanowi formę aktu płciowego.
Rybosomy to nieobłonione organella, kompleksy utworzone z białek i rybosomalnego RNA. Z ich
udziałem odbywa się translacja (łączenie się aminokwasów w łańcuchy polipeptydowe). Rybosomy prokariotyczne mają wielkość 70S3.
98
Ró¿norodnoœæ organizmów ¿ywych
poziom rozszerzony
A – cykl życiowy skrętnicy Spirogyra z udziałem pełzakowatych protoplastów
B – cykl życiowy zawłotni Chlamydomonas z udziałem pływek
W diplontycznym cyklu życiowym faza haploidalna ogranicza się do gamet. Mejoza poprzedza
bezpośrednio wytworzenie gamet i dlatego zwana jest pregamiczną. Cykl taki spotykamy u morszczynu
(Fucus), syfonalnych zielenic np. Acetabularia i u śluzorośli.
Przemiana pokoleń i jej odmiany
Pr z e miana poko le ń – regularne następowanie po sobie formy haploidalnej i diploidalnej
w cyklu życiowym.
Pokolenie haploidalne (n) zwane jest płciowym albo gametofitem. Produkuje ono gamety w specjalnych strukturach, gametangiach. Pokolenie diploidalne (2n) to pokolenie bezpłciowe albo sporofit,
wytwarzające zarodniki (spory) w zarodniach (sporangiach).
Jeżeli gametofit i sporofit mają identyczny wygląd, mówimy o izomorficznej przemianie pokoleń;
np. sałata morska, gałęzatka (zielenice), dikcjota (brunatnice).
Izomorficzna przemiana pokoleń u taśmy (Enteromorpha, zielenice)
Okrytozal¹¿kowe...
127
-- świerk pospolity (Picea excelsa) wyróżnia chropowata kora, kłujące czworograniaste szpilki, często
powyginany lub rozdwojony pień z licznymi suchymi gałęziami w dolnej części; tworzy cieniste
bory w wyższych położeniach górskich i na Suwalszczyźnie
– modrzew (Larix sp.) występuje w górskich lasach, posiada stożkowatą koronę z liśćmi opadającymi
na zimę, rozmieszczonymi na krótkopędach, które z czasem wyrastają w długopędy
– sosna zwyczajna (Pinus silvestris) to główny gatunek lasotwórczy polskiego niżu; zróżnicowany
pokrój, osobniki wystawione na silne wiatry mają często zniekształcony pień i gałęzie (np. w Pieninach); kora łuszcząca się płatami, w górnej części pnia czerwonawożółta; szpilki wyłącznie na
krótkopędach
– kosodrzewina (Pinus mugo) to sosna krzewiasta, żyjąca w Tatrach i na Babiej Górze ponad górną
granicą lasu
– limba (Pinus montana) jest drzewem rosnącym w Tatrach powyżej granicy lasu; szpilki po 5 na
krótkopędzie; nasiona oleiste, stanowią pokarm dla zwierząt
Znaczenie przyrodnicze i gospodarcze nagonasiennych
Gatunki sosny, świerka i jodły stanowią główny składnik tajgi i borów strefy umiarkowanej. Większość
szpilkowych dostarcza cennego surowca drzewnego (drewno budowlane, np. modrzew, sosna, na papier).
Olejki eteryczne (cedr, pinia) znajdują zastosowanie w farmacji (skuteczny środek bakteriostatyczny)
i przemyśle perfumeryjnym. Bursztyn jest żywicą kopalną.
Okrytozalążkowe (okrytonasienne, Angiospermae)
Podobnie jak wcześniej nagonasienne z paproci, tak rośliny o zalążkach okrytych na przestrzeni ery
mezozoicznej wyewoluowały z pewnych linii nagonasiennych. Pod względem liczby dziś żyjących gatunków i zajmowanej przestrzeni życiowej przewyższają wszystkie pozostałe rośliny rosnące na Ziemi dziś
i w którymkolwiek momencie jej dziejów.
poziom rozszerzony
Przegląd nagonasiennych: liść miłorzębu dwuklapowego (A), gałązka żywotnika (B), szyszka sosny śródziemnomorskiej, widoczne wyciski po nasionach na wierzchniej stronie łusek (C) i gałązka świerka (D)
Ssaki (Mammalia) jako najwy¿ej rozwiniêta...
161
Inne układy funkcjonalne
Serce czterodziałowe. Zachowany jeden, lewy łuk aorty. Erytrocyty bezjądrzaste. Płuca pęcherzykowate, wentylowane skurczami przepony i mięśni międzyżebrowych. Cewka moczowa uchodzi na zewnątrz
oddzielnie (wyjątek stekowce).
Rozmnażanie
Żyworodność połączona z karmieniem młodych mlekiem oraz długotrwałą opieką nad nimi (wyjątkiem są jajorodne stekowce).
Przodkowie ssaków
Przodkami ssaków były Synapsida, które już w karbonie wyodrębniły się z wspólnego drzewa rodowego gadów13. W następnym okresie, permskim, przeżywali rozkwit ich kolejni przedstawiciele: pelikozaury, np. Dimetrodon ze skórną krezą na grzbiecie, rozpiętą na kostnych prętach i służącą termoregulacji,
oraz gady ssakopodobne Therapsida.
W obrębie gadów ssakokształtnych wykształciły się typowe dla ssaków cechy: subtelna budowa
kośćca, smukłe i wsunięte pod ciało kończyny umożliwiające bieg, a także wysokie tempo metabolizmu
i stałocieplność. Z nich wywodzą się Theriodontia, gady ssakozębne, wśród których cynodonty posiadały
uzębienie zróżnicowane na siekacze, kły i trzonowce, wtórne podniebienie (możliwe oddychanie podczas
gdy pokarm znajduje się w jamie gębowej) oraz przeponę uczestniczącą w oddychaniu. Prawdopodobnie
przejawiały wysokie tempo przemiany materii. W okresie triasu pojawiły się prawdziwe ssaki, posiadające
trzy kosteczki słuchowe.
Ssaki aż do końca ery mezozoicznej wyglądem i rozmiarami przypominały dzisiejsze owadożerne.
W przeciągu tej ery podzieliły się na wieloguzkowce †, stekowce, torbacze i łożyskowce.
podgromada
prassaki
ssaki niższe (torbacze)
rząd
stekowce
charakterystyka
występowanie
i przedstawiciele
grupa prymitywna, relikt dawnych ssaków;
cechy gadzie: kości krucze i śródobojczyk, jajorodność, rozstawienie kończyn
na boki, stek, brak mięśni mimicznych,
niezbyt sprawna termoregulacja
cechy ssacze: trzy kostki słuchowe,
włosy, gruczoły mleczne, budowa serca,
nerek (wydalanie mocznika) i płuc, bezjądrzaste erytrocyty
dziobak (szczęki
opatrzone dziobem,
ziemnowodny, żywi
się wodnymi bezkręgowcami, Australia
i Tasmania)
kolczatka (2 gatunki,
lądowa, mrówkożerna, Australia i Nowa
Gwinea)
brak łożyska, maleńkie noworodki
przedostają się do torby lęgowej
cechy prymitywne: duża liczba zębów, mały mózg, słabe więzi społeczne,
niskie tempo metabolizmu
Ameryka: dydelfy
i zbójniki
Australia – owadożerne: mrówkożer,
kret torbowy, jamraj;
roślinożerne: kangur,
pałanka, koala, kuskus;
podobne do gryzoni:
wombat; drapieżne:
diabeł tasmański
Jeśli trzymać się reguł taksonomii filetycznej, w istocie ssaki są jedyną pozostałą przy życiu grupą Synapsida.
13
w faunie Polski
nie występują
poziom rozszerzony
Przegląd ssaków
Ró¿norodnoœæ organizmów ¿ywych
ssaki wyższe (łożyskowce)
poziom rozszerzony
podgromada
162
rząd
charakterystyka
występowanie
i przedstawiciele
w faunie Polski
owadożerne
drobne drapieżniki, podobne do ssaków mezozoicznych; prymitywne uzębienie; obrona: gruczoły jadowe (zębiełek), kolce (jeż)
almiki (Haiti, Kuba),
tenreki (Madagaskar,
Komory), złotokrety
(Afryka)
jeż, kret, ryjówka aksamitna,
rzęsorek rzeczek, zębiełek
tupaje
nadrzewne, dzienne zwierzęta, podobne do wiewiórek, o prymitywnym uzębieniu; chwytne kończyny, duże oczy
i mózg
tupaje (Azja Pd.-Wsch.)
nie występują
latawce
nocne zwierzęta spędzające większość
życia na drzewie, żywiące się liśćmi,
zdolne do lotu ślizgowego dzięki spinającym kończyny fałdom skóry
latawce (1 rodzaj
w Azji Pd.-Wsch.)
nie występują
nietoperze
najbliżsi krewni naczelnych; cechy prymitywne (uzębienie) połączone z wysoką specjalizacją (jedyne ssaki zdolne do
aktywnego lotu); orientacja za pomocą
echolokacji (emisja i odbiór odbitych
ultradźwięków)
ok. 900 gatunków,
tropikalne duże n.
owocożerne i sięgające
po str. umiarkowane n.
owadożerne
21 gatunków, m.
in. gacek wielkouch, borowiec
wielki,
nocek
duży,
podkowiec duży
naczelne
doskonały wzrok (widzenie stereoskopowe), niższe przystosowane do życia
w gałęziach drzew (chwytne dłonie,
stopy i ogon; skoki, brachiacja), wyższe naziemne, utrata ogona i ewolucja
w kierunku dwunożności; cechy uzębienia prymitywne, roślinożerne lub
wszystkożerne; wielki mózg i inteligencja, złożone stosunki społeczne
małpiatki: lemury (Madagaskar), lori (Azja,
Afryka), wyrak (Azja);
małpy szerokonose
(Ameryka): wyjce,
czepiaki, tamaryny;
małpy wąskonose
(Stary Świat): pawiany,
małpy człekokształtne:
gibbon, orangutan,
goryl, szympans
nie występują
szczerbaki
brak części lub całości uzębienia, nietypowa liczba kręgów szyjnych; powolne,
ochroną przed drapieżcami jest życie na
cienkich gałęziach (leniwiec), pancerz
(pancernik) lub pazury (mrówkojad)
Ameryka (leniwiec liściożerny, pancernik,
mrówkojad – zjada
termity, tamandua)
nie występują
łuskowce
żywią się termitami i mrówkami, łuskowaty pancerz
Afryka i Azja Pd.Wsch.
nie występują
gryzonie
drobne ssaki, obecnie w rozkwicie; cechy prymitywne (stopochodność, mały
mózg), bardzo efektywnie wykorzystują
pokarm, który doprowadzają do pyska
przednimi kończynami; większość roślinożerna, duże siekacze
30% żyjących obecnie
ssaków; kapibara (Ameryka, do 50 kg), świnka
morska, skoczek
pustynny, jeżozwierz,
polatucha, leming,
piesek preriowy, urson,
goffer
szczur wędrowny, myszy (nornica, badylarka,
mysz
leśna),
chomik, bóbr,
wiewiórka, suseł, orzesznica,
pilch
zajęczaki
podobne do gryzoni, nie przytrzymują
pokarmu kończynami; koprofagia (zjadanie własnego kału)
szczekuszka, królik,
zając bielak
zając szarak
Przewód pokarmowy
179
Anatomia układu pokarmowego człowieka
Uzębienie
W budowie zęba wyróżniamy:
•koronę zęba wystającą ponad dziąsło, wchodzącą w kontakt z pokarmem
•szyjkę przykrytą w większości przez dziąsło (patologiczne obnażenie szyjek towarzyszy paradontozie)
•korzeń, wciśnięty w zębodół
Zęby z zewnątrz pokrywa szkliwo (emalia). Jest to najtwardsza substancja w ciele człowieka, w jej skład
wchodzą sole wapnia i fosforu. Fluor chroni szkliwo przed próchnicą, a jego nadmiar (np. w wodzie
pitnej w niektórych miejscach na świecie) daje efekt „szkliwa marmurkowego”, co jest związane z wysoką
odpornością na próchnicę. Szkliwo nie jest unerwione ani ukrwione.
Budowa zęba
Narz¹d zmys³u s³uchu i równowagi
część ucha
ucho środkowe
ucho
wewnętrzne
(błędnik błoniasty),
leży w obrębie kanałów i komór w kości
skroniowej, zwanych
błędnikiem kostnym
245
element
budowa i zadania
kosteczki słuchowe
łańcuch trzech zestawionych kosteczek (młoteczek, kowadełko,
strzemiączko) przenoszących drgania
trąbka (przewód)
Eustachiusza
połączenie ucha środkowego z nosogardzielą, wyrównuje ciśnienie
w uchu wewnętrznym, bywa drogą rozprzestrzeniania infekcji
ślimak
ślimakowato zwinięty, zwężający się stopniowo przewód podzielony
wzdłuż na 3 podłużne kanały; środkowy (ślimakowy) wypełniony
jest endolimfą, dwa boczne perylimfą; w kanale bębenkowym narząd Cortiego, rejestrujący natężenie, wysokość i barwę dźwięku
przedsionek
złożony z woreczka i łagiewki, w których znajdują się otolity
(kryształki węglanu wapnia, których bezwładność jest rejestrowana
jako sygnał zmiany pozycji głowy); jest narządem równowagi
kanały półkoliste
kanały ustawione w trzech płaszczyznach symetrii, ruch cieczy
w każdym z nich informuje o zmianach pozycji głowy
Części ucha i ich funkcje
Budowa ucha
Ucho wewnętrzne jako narząd równowagi
Receptory zmysłu równowagi mieszczą się w woreczku, łagiewce i kanałach półkolistych, tworzących
wspólnie tzw. narząd przedsionkowy unerwiony przez nerw przedsionkowy. Wyścieła go nabłonek
zmysłowy, dla którego komórek charakterystyczna jest obecność rzęski.
Woreczek i łagiewka rejestrują zmiany przyspieszenia liniowego. Nabłonek zmysłowy przykryty
jest galaretowatym osklepkiem, z którym związane są liczne kryształki węglanu wapnia (otolity). Siłą
bezwładności uciskają one komórki zmysłowe, pozwalają w ten sposób ocenić prędkość poruszania się
przy dowolnej pozycji głowy, np. by zwolnić lub przyspieszyć krok.
Kanały półkoliste pozwalają ocenić przyspieszenie kątowe. Nabłonek zmysłowy mieści się w bańkach (ampułkach) u podstawy każdego z trzech kanałów półkolistych, rejestrujących ruch głowy w trzech
płaszczyznach (prawo – lewo, przód – tył, góra – dół). Komórki zmysłowe w ampułkach reagują na zmianę
nacisku słupa płynu wypełniającego kanał półkolisty, brak jest otolitów. Mózg otrzymuje zintegrowaną
informację z wszystkich trzech kanałów.
256
Funkcjonowanie organizmu...
• parowania wody z powierzchni skóry – nadmiar energii cieplnej jest zużywany do przeprowadzenia
wody ze stanu ciekłego w gazowy
• konwekcji, czyli przeniesienia drgań cząsteczek skóry na cząsteczki powietrza lub wody
Gdy jest zimno, naczynia skórne zwężają się, ograniczając kontakt krwi z powierzchnią ciała. Wskutek
odruchowego skurczu mięśni gładkich następuje stroszenie włosów. Powietrze przytrzymywane pomiędzy
włosami nagrzewa się od skóry i nie jest łatwo wywiewane, tworząc w ten sposób płaszcz cieplny na
powierzchni skóry. Podściółka tłuszczowa skóry posiada właściwości termoizolacyjne. U zwierząt narażonych na utratę ciepła występuje obfita sierść (owce, muflony, zimowa szata jeleni), gruba warstwa tłuszczu
(ssaki morskie) lub jedno i drugie.
Opalanie się i opalenizna
Brązowy odcień skóry jest reakcją na wysoką insolację i polega na intensywnej produkcji melaniny.
Zdolność do opalenizny jest niska u osób rasy nordycznej, najlepsza u śródziemnomorskiej. Długotrwała
ekspozycja na słońce nie jest korzystna nawet dla osób o ciemnej karnacji ze względu na:
• przegrzanie krwi przepływającej przez skórę, prowadzące do uszkodzenia mózgu
• mutagenne działanie promieni UV (nowotwory powstające z melanocytów, tzw. czerniaki, należą do
najszybciej rozwijających się i najgroźniejszych)
• wiotczenie, przesuszanie i starzenie się skóry
Układ ruchu
Do wykonania ruchu potrzebna jest sztywna dźwignia (u zwierząt elementy szkieletu, nazywanego
biernym elementem układu ruchu), posiadająca punkt zaczepu i punkt swobodny, oraz narząd motoryczny (mięśnie, czynna część układu ruchu).
poziom rozszerzony
Rodzaje i funkcja szkieletu u zwierząt
Rodzaje szkieletu w świecie zwierząt
Zwierzęta rozwiązały utworzenie szkieletu na dwa sposoby:
• szkielet zewnętrzny tworzą połączone stawami puste w środku rury, którymi mięśnie poruszają od
środka
• szkielet wewnętrzny składa się z litych elementów pokrytych od zewnątrz warstwą mięśni.
Szkielet pełni równocześnie funkcje ochronne, a ze względu na podobne wymagania mechaniczne stawiane dźwigniom układu ruchu i tkankom ochronnym oba typy funkcji łączą się w szkielecie człowieka.
Stanowi też rezerwuar soli mineralnych, które mogą być w razie potrzeby przesuwane do cytoplazmy.
Jamy kości gąbczastej wypełnia tkanka krwiotwórcza.
258
Funkcjonowanie organizmu...
– na grubość – dzięki aktywności osteoblastów w okostnej
• przez całe życie, dzięki działalności okostnej, i jest to:
– przebudowa kości (średnio 10 razy w ciągu życia), polegająca na tworzeniu się nowych osteonów
wokół wnikających naczyń krwionośnych; kość jest modelowana stosownie do działających na nią
sił, np. u osób aktywnych fizycznie i z dużą masą mięśniową kości są silniejsze, jednak zbytnie ich
przeciążanie hamuje wzrost
– regeneracja po złamaniach
Budowa szkieletu człowieka
Schemat szkieletu człowieka
Szkielet człowieka