Рост и развитие организма - биология

Содержание

Содержание сахара и виды вина

Молодое вино из винограда относится к сухим. Часто оно кисловатое, не имеет необходимого вкусового букета, требует доработки. Более утончённым или сладким сухой напиток делают, добавляя обычный сахарный песок после завершения брожения в готовое домашнее вино.

Сколько сахара должно быть в вине, зависит от его вида. Исходя из его содержания, хмельные напитки относят к одной из групп:

до 0.3 % — сухое;
от 0.5 до 3% — полусухое;
от 3 до 8 % – полусладкое;
от 8 до 35 % – креплёное;
от 14 до 20 %– сладкое.

Из винограда

Плоды винограда – это винный материал с достаточным для брожения количеством диких дрожжей. Виноградный сахар в процессе жизнедеятельности дрожжей перерабатывается в спирт. В результате получается сухое вино, крепостью не выше 11%.

Содержание спирта в таком напитке определяет сладость винограда. Сладость виноградных ягод зависит от его сорта и условий выращивания. Чем суровее климатические условия региона, тем более кислыми будут ягоды винограда одного сорта. Для изготовления сухих вин сахаристость плодов должна быть от 15 до 20%.

Крепость вина можно довольно точно рассчитать по сахаристости сока (из 1% виноградного сахара выходит примерно 0,6% алкоголя) .

Другие виноматериалы

Сладкий и более крепкий напиток (до 18%) можно получить, добавляя сахар порциями во время брожения плодово-ягодного сусла. Процесс брожения зависит также и от качества дрожжей. Но многие виноделы вообще не добавляют сахар при производстве хмельного напитка из плодов и ягод, добиваясь, чтобы такое такой продукт, как и сухое вино из винограда, бродил только с добавлением дрожжей. Сахар начинают порционно добавлять, когда сухое вино готово. Многие специалисты считают, что такой метод даёт возможность получить напиток с гарантированными характеристиками и более яркими вкусовыми качествами.

Примерное количество сахара для:

ликёрных вин – 120–200 и выше г/л;
десертных вин (сладких) – 80–120 г/л;
полусладких вин — 30–80 г/л;
сухих вин – менее 20 г/л.

Такие пропорции применяются для виноградных и плодово-ягодных вин.

В готовые сухие вина сахар добавляют, когда необходимо улучшить их качество, повысить крепость, уменьшить кислотность или получить определённый вид напитка.

Таким образом, винодел сам определяет, какую технологию выбрать, когда и сколько добавлять сахара в домашнее вино.

Соотношение роста и развития у одноклеточных организмов

Продолжительность жизни одноклеточных организмов составляет срок, который способна прожить клетка. У многоклеточных этот период значительно больше, и именно потому они развиваются активнее. Но одноклеточные (бактерии и протисты) являются чересчур изменчивыми существами. Они активно мутируют и могут обмениваться генетическим материалом с представителями различных штаммов вида. Потому процесс развития (в случае с обменом генами) не требует увеличения размеров бактериальной клетки, то есть ее роста.

Однако как только клетка получает новую наследственную информацию путем обмена плазмидами, требуется синтез белка. Наследственность есть информация о его первичной структуре. Именно эти вещества являются выражением наследственности, так как новый белок гарантирует новую функцию. Если функция ведет к увеличению жизнеспособности, то эта наследственная информация воспроизводится в дальнейших поколениях. Если же никакой ценности она не несет или вообще вредит, то клетки с такой информацией погибают, потому как являются менее жизнеспособными, чем прочие.

Эмбриональное развитие животных

Обобщенная схема эмбрионального развития. Slack «Основная биология развития» Рис.2.8

Начальные этапы эмбриогенеза человека .

Сперма и яйцеклетка сливаются в процессе оплодотворения, образуя оплодотворенную яйцеклетку, или зиготу . Это претерпевает период делений, чтобы сформировать шар или лист подобных клеток, называемых бластулой или бластодермой . Эти деления клеток обычно бывают быстрыми без роста, поэтому дочерние клетки составляют половину размера материнской клетки, а весь эмбрион остается примерно того же размера. Их называют делениями декольте .

Мышь эпибласте примордиальных зародышевых клеток (см Рисунок: «Начальные стадии человеческого эмбриогенеза ») проходят обширные эпигенетическую перепрограммирование. Этот процесс включает деметилирование ДНК по всему геному , реорганизацию хроматина и стирание эпигенетического импринта, что приводит к тотипотентности . Деметилирование ДНК осуществляется с помощью процесса эксцизионной репарации оснований ДНК .

Морфогенетические движения превращают клеточную массу в трехслойную структуру, состоящую из многоклеточных пластин, называемых эктодермой , мезодермой и энтодермой . Эти листы известны как зародышевые листы . Это процесс гаструляции . Во время расщепления и гаструляции происходят первые события региональной спецификации. В дополнение к формированию самих трех зародышевых листков они часто генерируют экстраэмбриональные структуры, такие как плацента млекопитающих , необходимые для поддержки и питания эмбриона, а также устанавливают различия в приверженности вдоль переднезадней оси (голова, туловище и хвост). .

Региональная спецификация инициируется наличием цитоплазматических детерминант в одной части зиготы. Клетки, содержащие детерминант, становятся сигнальным центром и излучают индуцирующий фактор. Поскольку индуцирующий фактор производится в одном месте, диффундирует и распадается, он образует градиент концентрации, высокий около ячеек-источников и низкий подальше. Остальные клетки эмбриона, которые не содержат детерминант, способны реагировать на различные концентрации посредством активации определенных генов контроля развития. Это приводит к созданию ряда зон, расположенных на все большем расстоянии от центра сигнализации. В каждой зоне активируется своя комбинация генов, контролирующих развитие. Эти гены кодируют факторы транскрипции, которые активируют новые комбинации активности генов в каждой области. Помимо других функций, эти факторы транскрипции контролируют экспрессию генов, придающих специфические адгезивные и подвижные свойства клеткам, в которых они активны. Из-за этих различных морфогенетических свойств клетки каждого зародышевого листка перемещаются, чтобы сформировать листы, так что эктодерма заканчивается снаружи, мезодерма в середине и энтодерма внутри. Морфогенетические движения не только изменяют форму и структуру эмбриона, но, вводя клеточные листы в новые пространственные отношения, они также делают возможными новые фазы передачи сигналов и реакции между ними.

Рост эмбрионов в основном автономный. Для каждой территории клеток скорость роста контролируется комбинацией активных генов. Свободноживущие эмбрионы не растут в массе, поскольку у них нет внешнего источника питания. Но эмбрионы, питаемые плацентой или экстраэмбриональным желтком, могут расти очень быстро, и изменения относительной скорости роста между частями этих организмов помогают сформировать окончательную общую анатомию.

Весь процесс должен быть согласован во времени, и как это контролируется, непонятно. Могут быть главные часы, способные связываться со всеми частями эмбриона, которые контролируют ход событий, или время может зависеть просто от локальной причинной последовательности событий.

Метаморфоза

Процессы развития очень очевидны в процессе метаморфозы . Это происходит у разных видов животных. Хорошо известные примеры наблюдаются у лягушек, которые обычно вылупляются как головастики и превращаются во взрослую лягушку, а также у некоторых насекомых, которые вылупляются как личинки, а затем превращаются во взрослую форму на стадии куколки.

Все вышеперечисленные процессы развития происходят во время метаморфоза. Примеры, которые были особенно хорошо изучены, включают потерю хвоста и другие изменения головастика лягушки Xenopus , а также биологию имагинальных дисков, которые генерируют части тела взрослых особей мухи Drosophila melanogaster .

Примечания

Биология // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
King, TJ & Roberts, MBV. Biology: A Functional Approach. — Thomas Nelson and Sons, 1986. — ISBN 978-0174480358.
Avila, Vernon L. Biology: investigating life on earth. — Boston : Jones and Bartlett, 1995. — P. 11—18. — ISBN 0-86720-942-9.
Darwin, Charles (1859). On the Origin of Species, 1st, John Murray
Conway Zirkle (1941), Natural Selection before the «Origin of Species», Proceedings of the American Philosophical Society 84 (1): 71-123.
D. Craig Brater and Walter J. Daly (2000), «Clinical pharmacology in the Middle Ages: Principles that presage the 21st century», Clinical Pharmacology & Therapeutics 67 (5), p. 447—450 .
S. A. Al-Dabbagh (1978). «Ibn Al-Nafis and the pulmonary circulation», The Lancet 1, p. 1148.
↑ Mayr, E. The Growth of Biological Thought. — Belknap Press, 1985. — ISBN 978-0674364462.
Magner, LN. A History of the Life Sciences. — TF-CRC, 2002. — ISBN 978-0824708245.
Futuyma, DJ. Evolution. — Sinauer Associates, 2005. — ISBN 978-0878931873.
Coleman, W. Biology in the Nineteenth Century: Problems of Form, Function and Transformation. — Cambridge University Press, 1978. — ISBN 978-0521292931.
Allen, GE. Life Science in the Twentieth Century. — Cambridge University Press, 1978. — ISBN 978-0521292962.
Fruton, JS. Proteins, Enzymes, Genes: The Interplay of Chemistry and Biology. — Yale University Press, 1999. — ISBN 978-0300076080.
Morange, M & Cobb, M. A History of Molecular Biology. — Harvard University Press, 2000. — ISBN 978-0674001695.
Smocovitis, VB. Unifying Biology. — Princeton University Press, 1996. — ISBN 978-0691033433.

История биологии

Хотя концепция биологии как особой естественной науки возникла в XIX веке, биологические дисциплины зародились ранее в медицине и естественной истории. Обычно их традицию ведут от таких античных учёных, как Аристотель и Гален через арабских медиков аль-Джахиза, ибн-Сину, ибн-Зухра и ибн-аль-Нафиза. В эпоху Возрождения биологическая мысль в Европе была революционизирована благодаря изобретению книгопечатания и распространению печатных трудов, интересу к экспериментальным исследованиям и открытию множества новых видов животных и растений в эпоху Великих географических открытий. В это время работали выдающиеся умы Андрей Везалий и Уильям Гарвей, которые заложили основы современной анатомии и физиологии. Несколько позже Линней и Бюффон совершили огромную работу по классификации форм живых и ископаемых существ. Микроскопия открыла для наблюдения ранее неведомый мир микроорганизмов, заложив основу для развития клеточной теории. Развитие естествознания, отчасти благодаря появлению механистической философии, способствовало развитию естественной истории.

К началу XIX века некоторые современные биологические дисциплины, такие как ботаника и зоология, достигли профессионального уровня. Лавуазье и другие химики и физики начали сближение представлений о живой и неживой природе. Натуралисты, такие как Александр Гумбольдт, исследовали взаимодействие организмов с окружающей средой и его зависимость от географии, закладывая основы биогеографии, экологии и этологии. В XIX веке развитие учения об эволюции постепенно привело к пониманию роли вымирания и изменчивости видов, а клеточная теория показала в новом свете основы строения живого вещества. В сочетании с данными эмбриологии и палеонтологии эти достижения позволили Чарльзу Дарвину создать целостную теорию эволюции, в основе которой лежит естественный отбор. К концу XIX века идеи самозарождения окончательно уступили место теории инфекционного агента как возбудителя заболеваний. Но механизм наследования родительских признаков всё ещё оставался тайной.

В начале XX века Томас Морган и его ученики заново открыли законы, исследованные ещё в середине XIX века Грегором Менделем, после чего начала быстро развиваться генетика. К 1930-м годам сочетание популяционной генетики и теории естественного отбора породило современную эволюционную теорию или неодарвинизм. Благодаря развитию биохимии были открыты ферменты и началась грандиозная работа по описанию всех процессов метаболизма. Раскрытие структуры ДНК Уотсоном и Криком дало мощный толчок для развития молекулярной биологии. За ним последовало постулирование центральной догмы, расшифровка генетического кода, а к концу XX века — и полная расшифровка генетического кода человека и ещё нескольких организмов, наиболее важных для медицины и сельского хозяйства. Благодаря этому появились новые дисциплины геномика и протеомика. Хотя увеличение количества дисциплин и чрезвычайная сложность предмета биологии породили и продолжают порождать среди биологов всё более узкую специализацию, биология продолжает оставаться единой наукой, и данные каждой из биологических дисциплин, в особенности геномики, применимы во всех остальных.

История биологии

Биология и медицина

В основе роста и развития целого организма и отдельной клетки лежит обмен веществ . В процессе жизни каждого организма происходят постоянные качественные и количественные изменения, прерываемые лишь периодами относительного покоя.

Необратимое количественное увеличение структур, объема и массы живого тела и его частей получило название роста. Развитие – это качественные изменения организма и его составляющих. Рост и развитие тесно связаны между собой, как правило, протекают параллельно, но не сводимы друг к другу. Оба процесса регулируются на клеточном уровне.

Рост отдельных органов и всего организма слагается из роста его клеток. Основные этапы роста, а также и развития на клеточном уровне – деление клеток и их растяжение, т.е. увеличение размеров в длину.

В многоклеточных организмах одним из показателей роста является увеличение числа клеток в результате клеточного деления.

Растительная клетка способна к росту растяжением, чему содействуют особенности строения ее стенки. Длительность роста растяжением клеток различных тканей неодинакова.

У части тканей, стенки которых способны к вторичным изменениям, рост растяжением на определенном этапе прекращается и наступает вторая фаза роста, при которой рост осуществляется путем наложения новых слоев на первичную оболочку или внедрением в нее.

Помимо влияния фитогормонов на рост и развитие растения, заметное воздействие оказывают факторы среды, особенно свет, тепло и влага. Комплекс этих факторов и фитогормонов действует либо независимо, либо взаимодействуя друг с другом.

Интенсивность роста существенным образом связана с питанием растений, особенно с азотным и фосфорным.

Типы роста различных органов определяются характером расположения меристем. Стебли и корни растут верхушками, т.е. имеют апикальный рост. Зона нарастания листьев часто находится у их основания, и они имеют базальный рост. Нередко характер роста органа зависит от видовой специфичности.

Она зависит не только от изменений внешних факторов среды, но и контролируется внутренними факторами (эндогенно), закрепленными генетически в процессе эволюции.

В целом рост растения складывается из четырех фаз: начальной, интенсивного роста, замедления роста и стабильного состояния. Это связано с особенностями различных стадий онтогенеза , т.е. индивидуального развития растений.

Так, переход растения к репродуктивному состоянию обычно сопровождается ослаблением активности меристем . Процессы роста могут прерываться продолжительными периодами торможения, наступление которых в северных широтах связано с концом лета и приближением зимы. Иногда у растений наблюдается как бы остановка роста – состояние покоя.

В состоянии покоя могут находиться целые растения (зимой или во время засухи), их семена, почки, клубни, корневища, луковицы, споры и др. Семена многих растений способны к длительному покою, обусловливающему их надежную сохранность в почве. Известен случай развития нормального растения из семени одного из бобовых , пролежавшего в условиях вечной мерзлоты 10000 лет.

В состоянии покоя находятся, например, клубни картофеля , благодаря чему они не прорастают некоторое время после уборки.

В понятие “развитие” вкладываются два смысла: индивидуальное развитие отдельного организма и развитие организмов в ходе эволюции. Индивидуальное развитие отдельного организма от рождения до смерти называется онтогенезом , а развитие организмов в ходе эволюции – филогенезом . Физиология растений занимается изучением развития главным образом в ходе онтогенеза.

Наиболее важный момент в развитии клеток высшего растения – их дифференцировка, т.е. возникновение структурной и функциональной разнокачественности. В результате дифференциации образуются специализированные клетки, присущие отдельным тканям. Дифференцировка осуществляется как во время растяжения, так и после окончания видимого роста клеток и определяется дифференциальной активностью генов.

Ход дифференцировки, как и рост, контролируется фитогормонами .

Биологические науки

Большинство биологических наук является дисциплинами с более узкой специализацией. Традиционно они группируются по типам исследуемых организмов:

ботаника изучает растения, водоросли, грибы и грибоподобные организмы,
зоология — животных и протистов,
микробиология — микроорганизмы и вирусы.

Области внутри биологии далее делятся либо по масштабам исследования, либо по применяемым методам:

биохимия изучает химические основы жизни,
биофизика изучает физические основы жизни,
молекулярная биология — сложные взаимодействия между биологическими молекулами,
клеточная биология и цитология — основные строительные блоки многоклеточных организмов, клетки,
гистология и анатомия — строение тканей и организма из отдельных органов и тканей,
физиология — физические и химические функции органов и тканей,
этология — поведение живых существ,
экология — взаимозависимость различных организмов и их среды,
генетика — закономерности наследственности и изменчивости,
биология развития — развитие организма в онтогенезе,
палеобиология и эволюционная биология — зарождение и историческое развитие живой природы.

На границах со смежными науками возникают: биомедицина, биофизика (изучение живых объектов физическими методами), биометрия и т. д. В связи с практическими потребностями человека возникают такие направления, как космическая биология, социобиология, физиология труда, бионика.

Биологические науки используют методы наблюдения, описания, сравнения, исторического сравнения, экспериментов (опыта) и моделирования (в том числе компьютерного).

Биологические дисциплины

Акарология — Анатомия — Альгология — Антропология — Арахнология — Бактериология — Биогеография — Биогеоценология — Биотехнология — Биоинформатика — Биология океана — Биология развития — Биометрия — Бионика — Биосемиотика — Биоспелеология — Биофизика — Биохимия — Ботаника — Биомеханика — Биоценология — Биоэнергетика — Бриология — Вирусология — Генетика — Геоботаника — Герпетология — Гидробиология — Гистология — Дендрология — Зоология — Зоопсихология — Иммунология — Ихтиология — Колеоптерология — Космическая биология — Ксенобиология — Лепидоптерология — Лихенология — Малакология — Микология — Микробиология — Мирмекология — Молекулярная биология — Морфология — Нейробиология — Орнитология — Палеонтология — Палинология — Паразитология — Радиобиология — Систематика — Системная биология — Синтетическая биология — Спонгиология — Таксономия — Теоретическая биология — Териология — Токсикология — Фенология — Физиология — Физиология ВНД — Физиология животных и человека — Физиология растений — Фитопатология — Цитология — Эволюционная биология — Экология — Эмбриология — Эндокринология — Энтомология — Этология.

Интересные способы использования костюма

Помимо уже привычных способов ношения кигуруми, советуем ещё один. Можно использовать его для горнолыжного спорта или сноубординга. В последние годы многие спортсмены надевают кигуруми поверх экипировки для утепления и привлечения внимания. Также в комбинезонах можно устроить семейную фотосессию или пижамную вечеринку. С помощью кигуруми можно создать по-настоящему необычный образ!

Основные нерешенные проблемы биологии

Несмотря на значительные успехи, достигнутые за последние десятилетия в нашем понимании фундаментальных процессов жизни, некоторые основные проблемы остались нерешенными. Некоторые примеры

Происхождение жизни . Хотя есть очень веские доказательства абиотического происхождения биологических соединений, таких как аминокислоты , нуклеотиды и липиды , в значительной степени неясно, как эти молекулы собрались вместе, чтобы сформировать первые клетки . С этим связан и вопрос о внеземной жизни . Если мы поймем, как зародилась жизнь на Земле, мы сможем более надежно предсказать, какие условия необходимы для зарождения жизни на других планетах.

Старение . В настоящее время нет единого мнения о первопричине старения. Различные конкурирующие теории изложены в .

Формирование паттерна . У нас есть хорошее понимание формирования паттернов в некоторых системах, таких как ранний эмбрион насекомых , но формирование многих паттернов в природе не может быть легко объяснено, например, полос у зебр или многих змей , таких как коралловые змеи . Хотя мы знаем, что паттерны генерируются избирательной активацией или репрессией генов , многие из этих генов и их регуляторные механизмы остаются неизвестными.

Процессы развития

Дифференциация клеток

Система Notch-delta в нейрогенезе (Slack Essential Dev Biol, рис. 14.12a).

Клеточная дифференцировка — это процесс, при котором в процессе развития возникают разные функциональные типы клеток. Например, нейроны, мышечные волокна и гепатоциты (клетки печени) являются хорошо известными типами дифференцированных клеток. Дифференцированные клетки обычно производят большое количество небольшого количества белков, необходимых для их конкретной функции, и это придает им характерный внешний вид, позволяющий распознавать их под световым микроскопом. Гены, кодирующие эти белки, очень активны. Как правило, их структура хроматина очень открыта, что обеспечивает доступ для ферментов транскрипции, а определенные факторы транскрипции связываются с регуляторными последовательностями в ДНК, чтобы активировать экспрессию генов. Например, NeuroD является ключевым фактором транскрипции для дифференцировки нейронов, миогенин для дифференцировки мышц и HNF4 для дифференцировки гепатоцитов. Дифференцировка клеток обычно является заключительной стадией развития, которой предшествуют несколько состояний обязательств, которые не дифференцируются визуально. Одна ткань, образованная из одного типа клеток-предшественников или стволовых клеток, часто состоит из нескольких типов дифференцированных клеток. Контроль их образования включает в себя процесс латерального ингибирования, основанный на свойствах сигнального пути Notch . Например, в нервной пластинке эмбриона эта система действует, чтобы генерировать популяцию нейрональных клеток-предшественников, в которых NeuroD экспрессируется в высокой степени.

Регенерация

Регенерация указывает на способность восстановить недостающую часть. Это очень распространено среди растений, которые демонстрируют непрерывный рост, а также среди колониальных животных, таких как гидроиды и асцидии. Но наибольший интерес биологи развития проявили к регенерации частей у свободноживущих животных. В частности, четыре модели были предметом большого исследования. Два из них обладают способностью регенерировать целые тела: гидра , которая может регенерировать любую часть полипа из небольшого фрагмента, и плоские черви, которые обычно могут регенерировать как головы, так и хвосты. В обоих этих примерах наблюдается непрерывный оборот клеток, питаемых стволовыми клетками, и, по крайней мере, у планарий, по крайней мере, некоторые из стволовых клеток оказались плюрипотентными . Две другие модели демонстрируют только дистальную регенерацию придатков. Это придатки насекомых, обычно ноги гемиметаболических насекомых, таких как сверчок, и конечности амфибий urodele . В настоящее время имеется значительный объем информации о регенерации конечностей земноводных, и известно, что каждый тип клеток регенерирует сам себя, за исключением соединительной ткани, в которой происходит значительное взаимное преобразование хряща, дермы и сухожилий. Что касается структуры структур, это контролируется реактивацией сигналов, активных в эмбрионе. До сих пор ведутся споры по поводу старого вопроса о том, является ли регенерация «изначальным» или «адаптивным» свойством. Если первое верно, то с улучшенными знаниями мы можем ожидать, что сможем улучшить регенеративную способность у людей. В последнем случае предполагается, что каждый случай регенерации возник в результате естественного отбора в условиях, специфичных для данного вида, поэтому никаких общих правил не ожидается.