+ All Categories
Home > Documents > Biologie XII

Biologie XII

Date post: 05-Jul-2015
Category:
Upload: andrei-raifura
View: 529 times
Download: 5 times
Share this document with a friend
255
î ¥©L©i©P manual pentru clasa XII-
Transcript
Page 1: Biologie XII

î

¥©L©i©P

manualpentru clasa

XII-

Page 2: Biologie XII

CZU 57 (075.3)V87

Manualul a fost elaborat conform Curriculum-ului naţional pentru învăţământul liceal

Lucrarea a câştigat concursul Ministerului Educaţiei pentru elaborarea manualelor din ciclulliceal şi a fost aprobată spre editare prin Ordinul nr. 613 din 31 decembrie 2003

al ministerului educaţiei al Republicii Moldova

Comisia de evaluare:

Constantin Andon, doctor habilitat în biologie, profesor universitarMaria Duca, doctor habilitat în biologie, profesor universitarTamara Pârău, profesor şcolar, grad didactic I

Recenzenţi:

Constantin Subotin, inspector şcolar la DEŞTS al municipiului ChişinăuIon Golubenco, profesor şcolar, grad didactic I

Toate drepturile asupra acestei ediţii aparţin editurii Lumina.

Descrierea CIP a Camerei Naţionale a CărţiiVoloşciuc, Leonid

Biologie: Man. pentru ci. a XII-a /Leonid Voloşciuc, Ana Postolache-Călugăru, SilviaVulpe; Min. Educaţiei al Rep. Moldova. - Ch.: Lumina, 2004 (Combinatul Poligr.) - 256 p.

ISBN 9975-65-194-1

57 (075.3)

ISBN 9975-65-194-1© Editară Lumina, 2004© Leonid Voloşciuc, Ana Postolache-Călugăru,Silvia Vulpe, text; imagini, 2004

Page 3: Biologie XII

mmsmt i.

I. înmulţirea celulelorînmulţirea organismelorDezvoltarea individualăa organismelor

4. Genetica - ştiinţa despre ereditateaşi variabilitatea organismelorInformaţia ereditară şi realizarea eiîn celulă

6. încrucişarea monohibridă.încrucişarea polihibridă

8. Interacţiunea genelor. Moştenireacaracterelor în cazul interacţiuniigenelor

9. Transmiterea genelor plasate peacelaşi cromozomMoştenirea caracterelor cuplate cusexul

II. Variabilitatea organismelor12. Genetica omului13> Genetica şi ameliorarea

Page 4: Biologie XII

ÎNMULŢIREACELULELOR

1 CICLUL CELULAR Şl MITOTIC 2 MITOZA 3 MEIOZA

1. CICLUL CELULAR Şl MITOTIC

Ciclul celular

Unitatea structurală şi funcţională a organismelor vii este celula. Capacitateaacesteia de a se autoreproduce prin diviziune asigură creşterea şi dezvoltareaorganismelor dintr-o singură celulă. Pe măsura dezvoltării organismului, o partedin celule se specializează la îndeplinirea unei anumite funcţii şi încetează să se maidividă, de exemplu neuronii. Celulele unor ţesuturi (epitelial, hematogen ş.a.)păstrează însă capacitatea de dividere. Astfel, observările au arătat că în fiecaresecundă în ficat şi splină sunt distruse circa 2,5 mln de eritrocite şi tot atâtea apar înmăduva roşie a oaselor (ţesut hematogen). Celulele care păstrează capacitatea de ase divide într-un organism adult sunt numite tronculare. Cele două celule-fiice for-mate în urma diviziunii celulei tronculare au o soartă diferită: una se diferenţiazăîntr-o celulă specializată şi pierde capacitatea de a se divide, iar cealaltă moşteneştecaracterul celulei-mamă. Datorită acestui fapt, rezerva de celule tronculare se menţinela un nivel constant. La plante capacitatea de a se divide o păstrează celuleleţesuturilor embrionare localizate în vârful tulpinilor şi al rădăcinilor, de-a lungultulpinii, la baza peţiolului frunzei. Ele asigură creşterea plantelor în lungime şigrosime, restabilirea anuală a organelor ce pier.

Durata vieţii celulei de la naştere în urma diviziunii celulei-mamă şi până lapropria diviziune sau moarte reprezintă ciclul celular sau vital. La organismelemonocelulare şi la celulele ce nu se divid din momentul apariţiei lor ciclul celularcoincide cu durata vieţii organismului.

Ciclul mitotîcEtapa de pregătire a celulei către diviziune (interfaza) şi diviziunea propriu-zisă

(mitoza) alcătuiesc ciclul mitotic al celulei. Ciclul mitotic al celulelor care îndatădupă formarea lor se supun diviziunii, coincide cu ciclul celular.

Interfaza ocupă cea mai mare parte a ciclului mitotic şi cuprinde trei perioade(fig. 1.1): presintetică (GJ, sintetică (S) şi postsintetică (G2). Acestea au odurată diferită şi sunt marcate de desfăşurarea anumitor procese. Perioada4

Page 5: Biologie XII

resintetică (G,), cea mai de lungă duratăerioadă a interfazei, se caracterizează prinnteza de ARN şi proteine, dublarea numărului£ ribozomi şi mitocondrii. în perioada sinte-că (S) continuă sinteza de ARN şi proteine,re loc dublarea cromozomilor în baza replicăriiloleculelor de ADN. Urmează perioada post-intetică (G2), în care celula se pregăteşteemijlocit pentru diviziune: se acumuleazănergie prin sinteza de ATP, se dubleazălastidele, centriolii. Interfaza este urmată deiviziunea propriu-zisă a celulei - mitoza.

2. MITOZA

Fig. 1.1. Perioadele ciclului mi-totic.

Amintiţi-vă după fig. 1.2 şi 1.3 alcătuirea celulei vegetale şi animale.Observaţi asemănările şi deosebirile.

Mitoza se compune din două etape: diviziunea nucleului - cariochineza - şiziunea citoplasmei - citochineza.

' CariochinezaMorfologia cromozomilor. Rolul central în diviziunea nucleului revine cromozo-ov. Ei prezintă formaţiuni filamentoase localizate în nucleu, constituite la sfârşitul;rfazei din două copii longitudinale formate în perioada sintetică - cromatide1-1.4). Acestea sunt unite printr-un corpuscul mic sub formă de punct sau granulă,lit centromer. în funcţie de localizarea centromerului deosebim trei tipuri delozomi cu o configuraţie spaţială diferită:

ribozominucleol

nucleu

reticuldoplasmatic

[granular

pornuclear

mito-'condrie

centrioli

aparatulGolgi

membrană

perete celular

membrană

vacuolă

reticulendoplasmatic

granular

cloroplast

nucleu

nucleol

aparatulGolgi

mitocondrie

Alcătuirea celulei animale. Fig. 1.3. Alcătuirea celulei vegetale.

Page 6: Biologie XII

1

Zii

OCu

B

Fig. 1.4. Structura cromozomului.A - tipurile de cromozomi; B, C -ultrastructura cromozomului: 1 -centromer (strangulaţia primară);2 - ADN; 3 - cromatide; 4 - stran-gulaţia secundară; 5 - satelit.

' + *»* \^-*.

a) metacentric - centromerul ocupă o poziţiecentrală, ambele braţe fiind egale:

b) submetacentric - are forma de cârlig,centromerul fiind deplasat de la poziţia centrală;

c) acrocentric - are braţe vădit inegale,| 2 J» Ijj |4 întrucât centromerul este situat mai aproape de

J F f | jf 3 unul din capete. Un astfel de cromozom capătăiu forma de bastonaş.

Locul amplasării centromerului reprezintăstrangulaţia primară. Unii cromozomi pot aveauna sau mai multe strangulaţii secundare. Dacăcel puţin una dintre acestea este suficient deadâncă, porţiunea de cromozom separată de eareprezintă satelitul cromozomului dat {fig. 1.4).Celulele ce compun corpul indivizilor oricărei

specii de plante sau animale conţin un anumitnumăr de cromozomi, relativ stabil, tipic pentruspecia dată. De exemplu, toate celulele din corpulomului (celulele somatice), cu excepţia celorsexuale, conţin 46 de cromozomi, iar cele cecompun organele porumbului - 20. Setul decromozomi al celulelor somatice ale unui organism

concret caracterizat printr-un anumit număr, formă şi dimensiuni este numit cariotip.Cariotipurile diferitelor specii prezintă deosebiri cantitative şi calitative {fig. 1.5). încelulele sexuale se conţin de două ori mai puţini cromozomi decât în cele somatice.Numărul de cromozomi din celulele somatice reprezintă garnitura diploida (se notează2ri), iar cel redus pe jumătate din celulele sexuale -garnitura haploidă (se notează n).Cromozomii garniturii diploide sunt perechi, fiind numiţi omologi {tab. 1.1). De regulă,cromozomii omologi sunt morfologic identici. în cariotip se disting două tipuri decromozomi: autozomi şi cromozomi sexuali.

Tabelul 1.1GARNITURA DIPLOIDA DE CROMOZOMI A UNOR SPECII DE PLANTE Şl ANIMALE

: " •

Fig. 1.5. Cariotipul diferitelor spe-cii: 1 - la om; 2 - gălbenuş; 3 - dro-zofilă; 4 - somon.

SPECIA DEPLANTE

Ceapă

Porumb

Ovăz

Roşii

Căpşun

Orz

GARNITURADIPLOIDA

16

20

42

24

56

14

I1I

sAALE

Muscă-de-casă

Găină

lepure-de-casă

Oaie

Cimpanzeu

Om

GARNITURADIPLOIDA

12

78

44

54

48

46

Page 7: Biologie XII

vi

F/g. 1.6. Fazele diviziunii mitotice a celulei: A - fazele mitozei văzute la microscopul optic;B - reprezentarea schematică a fazelor mitozei.

Compoziţia chimică a cromozomilor. în compoziţia cromozomilor au fostidentificaţi acizii nucleici (ADN, ARN), proteinele, cantităţi neînsemnate delipide şi compuşi anorganici ai calciului, fierului ş.a., unii fermenţi. Scheletulcromozomilor îl constituie ADN-ul şi proteinele.

Fazele mitozei. în desfăşurarea mitozei se disting 4 faze care se succed.onsecutiv: profaza, metafaza, anafaza şi telofaza (fîg. 1.6).

Profaza se caracterizează printr-un şir de procese ce au loc în citoplasmă şinucleu. Presiunea de turgescenţă a citoplasmei creşte datorită cărui fapt celula

ide să capete o formă sferică. Creşte şi viscozitatea ei. Centriolii, amplasaţi, deregulă, în vecinătatea nucleului, încep să se deplaseze spre polii opuşi ai celulei.Depărtarea lor întotdeauna are loc pe o linie dreaptă, amintind o respingerereciprocă. Pe măsura îndepărtării centriolilor, între ei în citoplasmă se contureazăun mănunchi de fire care formează fusul de diviziune. Separarea centriolilor. ndiţionează polarizarea celulei. în celulele plantelor superioare centriolii nu au

găsiţi. La ele fusul de diviziune apare la poli sub formă de „scufie polară". înnucleul profazic fiecare cromozom constă din două cromatide, răsucite una înjurul celeilalte. Ca urmare a spiralizării continue a cromatidelor, cromozomii setransformă în corpusculi compacţi vizualizaţi sub microscopul optic şi care sedeplasează uşor fără să se amestece între ei. La sfârşitul profazei membrana nucleară

izolvă şi cromozomii se repartizează liber în citoplasmă.

Page 8: Biologie XII

în metafază cromozomii se amplasează cu centromerele strict în planuli~ ecuatorial al celulei, formând placa metafazică. Aceasta reprezintă un paşaport„11" specific al fiecărui organism, deoarece dă posibilitate de a studia cariotipul lui. înO scurt timp braţele celor două cromatide ale fiecărui cromozom încep să se depărteze«" una de alta, rămânând legate în regiunea centromerului. între timp, fusul de1" diviziune se definitivează şi în alcătuirea lui se conturează două grupe de fire.' ^ Unele sunt continue şi se întind de la un pol la altul, constituind pivotul fusului.

Cel de-al doilea grup îl formează firele cromozomiale ce ajung de la pol până laecuator, unde se fixează de părţile opuse ale centromerului cromozomului. Numărulacestor fire corespunde numărului de cromozomi.

în anafază cromatidele se separă şi în regiunea centromerului, datorită diviziuniiacestuia, devenind complet libere. De regulă, toţi centromerii se divid concomitent.Cromatidele separate devin cromozomi-fii. Fiecare alunecă pe filamentele fusuluispre polii opuşi ai celulei. Separarea cromatidelor este un proces destul de com-plex, neelucidat pe deplin.

O dată cu atingerea de către cromozomi a polilor opuşi ai celulelor începe fazafinală a mitozei - telofaza. Cromozomii se despiralizează şi se transformă înfilamente subţiri, invizibile la microscopul optic. în jurul lor apare membrananucleară, se formează nucleolii.

CitochlnezaDupă diviziunea nucleului urmează diviziunea citoplasmei. în celulele animale

citoplasmă se divide prin strangularea corpului celulei de la periferie spre centru.La cele vegetale, pe locul plăcii metafazice apare fmgmoplastul, care creşte de lacentru în părţi până atinge pereţii celulei. Dacă organitele au fost repartizate maimult sau mai puţin uniform în volumul citoplasmei celulei-mamă, apoi în celulele-fiice ele vor nimeri în cantităţi aproximativ egale.

Stabiliţi mitoza cărei celule, vegetale sau animale, este prezentată pefig. 1.6. Argumentaţi răspunsul.

Durata ciclului mitotic depinde de mai mulţi factori (tipul ţesutului, stareafiziologică a organismului, factorii externi ş.a.) şi variază de la 30 minpână la 3 h.De exemplu, în timpul somnului activitatea mîtotică a diferitelor ţesuturi este maimare decât în perioada de veghe. La unele animale celulele epiteliale se divid maiintens la întuneric decât la lumină. Activitatea mitotică poate fi influenţată şi dehormoni.

Tipurile regulate de diviziune ale celulelor. în mitoza descrisă mai susdiviziunea celulei este echivalentă şi simetrică, şi finalizează cu formarea a douăcelule-fiice identice. Acest tip de mitoza este numit simetric. în natură se întâlneşte

8

Page 9: Biologie XII

şi tipul de mitoză asimetrică, când celulele-fiicenu sunt echivalente după dimensiuni şi cantitateade citoplasmă. Drept exemplu poate servi divi-ziunea zigotului la unele animale. Diviziuneacelulelor endospermului şi a sporilor are loc prinmitoză cu reţinerea citochinezei: nucleul se di-vide multiplu şi numai după aceasta se divide şicitoplasmă celulei, rezultând celule polinucleare.

Tipuri neregulate de diviziune ale celulelor Fig. 1.7. Cromozom gigantic dinsunt endomitoza, politenia, amitoza. S l a n d a s a l i v a r ă a drozofflei.

Endomitoza constă în dublarea numărului de cromozomi fără diviziuneacitoplasmei sau a nucleului. Astfel se obţin celule cu un set mărit de cromozomi.Acest tip de diviziune are loc în celulele diferitelor ţesuturi ale plantelor şi ani-malelor.

Politenia reprezintă mărirea numărului de fire cromozomiale (cromoneme),ceea ce duce la mărirea diametrului cromozomului. Se formează aşa-numiţiicromozomi gigantici (fig. 1.7). în caz de politenie, toate fazele ciclului celulardecad, cu excepţia reproducerii firelor cromozomiale. Fenomenul de politenie seîntâlneşte în celulele unor ţesuturi diferenţiate, de exemplu în glandele salivareale drozofilei, în celulele unor plante şi protozoare.

Amitoza se reduce la diviziunea directă a nucleului fără formarea fusului dediviziune, urmată de diviziunea citoplasmei. Acest tip de diviziune celulară estecaracteristic organismelor monocelulare, celulelor tumorale. Prin amitoza seînmulţesc celulele tuberculului de cartof în creştere, endospermul gramineelor,celulele peţiolului frunzei, celulele ficatului, cartilajului etc.

Importanţa biologică a mitozei. în urma mitozei dintr-o celulă-mamă seformează două celule-fiice cu acelaşi număr de cromozomi ca şi celula-mamă.Astfel, mitoză asigură un număr constant de cromozomi în toate celuleleorganismului, precum şi în celulele generaţiilor viitoare. Mitoză stă la bazaprocesului de creştere şi dezvoltare a organismelor, precum şi al regenerării şiînmulţirii asexuate.

3. MEIOZA

Meioza (de la gr. meosis - micşorare) este diviziunea celulelor sexuale. Eaconstă din două diviziuni consecutive - reducţională şi ecuaţională, însoţite de osingură replicare a ADN-ului. Toate substanţele şi energia necesare pentru acestedouă diviziuni se acumulează în interfaza I. Cea de a doua interfază practic lipseşte,diviziunile urmează una după alta. Fiecare diviziune meiotică cuprinde cele patrufaze ale mitozei descrise mai sus: profaza, metafaza, anafaza şi telofaza (fig. 1.8).

Page 10: Biologie XII

metafaza I anafaza I telofaza I motafma Imetataza II anafaza II telofaza II

Fig. 1.8. Reprezentarea schematică a fazelor meiozei.

Diviziunea redacţionalăProfaza I este cea mai de lungă durată şi mai complicată fază a meiozei. în

desfăşurarea ei se delimitează cinci stadii. în leptonem (stadiul fibrelor subţiri)începe spiralizarea cromozomilor datorită cărui fapt ei pot fi vizualizaţi submicroscopul optic. în zigonem (stadiulfibrelor ce se contopesc) are loc conjugareacromozomilor omologi: atragerea şi alipirea lor reciprocă. Unirea cromozomilorîncepe de cele mai multe ori de la capete, uneori de la centromer, şi continuă petoată lungimea lor. Cel de-al treilea stadiu -pachinem (stadiulfibrelor groase) -corespunde spiralizării cromozomilor conjugaţi, soldată cu scurtarea şi îngroşarealor. Astfel, structura dublă a cromozomilor devine vizibilă: fiecare cromozom constădin două cromatide-surori reţinute împreună de către un centromer. Doi cromozomiomologi formează un bivalent, constituit din 4 cromatide. Durata conjugăriicromozomilor depinde de specie. De exemplu, la drozofilă ea durează 4 zile, laom - mai mult de două săptămâni. în diplonem (stadiul fibrelor duble) îşi facapariţia forţele de respingere reciprocă a cromozomilor. Sub acţiunea acestora eiîncep să se depărteze pornind de la regiunea centromerului şi continuând sprecapete, după principiul corpurilor cu sarcină electrică de acelaşi semn. Ladespărţirea braţelor cromozomilor, în unele locuri se formează figuri ce amintesclitera grecească %, numite hiasme. în locul de contact, cromatidele cromozomiloromologi pot face schimb de sectoare omoloage. Acest fenomen, numit crossing-over (fig. 1.9), asigură noi combinaţii ale caracterelor părinteşti. Numărul hiasmelorse micşorează treptat pe măsura deplasării respingerii cromozomilor spre capete,în ultimul stadiu al profazei I - diachineză (stadiul separării fibrelor duble) -

10

Page 11: Biologie XII

Fig. 1.9. Schema crossing-overului.

bivalenţii sunt maximal spira-lizaţi. întrucât ei continuă să fielegaţi prin hiasmele de la ca-pete, numărul lor corespundegarniturii haploide. Ca urmarea dizolvării membranei nuc-leare, bivalenţii trec în cito-plasmă, îndreptându-se sprecentrul celulei. Urmează metafazalm care, spre deosebire de metafaza mitozei,în citoplasmă se află nu cromozomi bicromatidici, dar bivalenţi tetracromatidici.Bivalenţii se aliniază cu centromerele în planul ecuatorial al celulei. Firele dis-continue ale fusului de diviziune de la ambii poli ai celulei se fixează decentromerele fiecărui cromozom bicromatidic: se formează placa metafazică. înanafazal, în urma diviziunii centromerilor, cromozomii omologi alunecă pe firelefusului spre polii opuşi. Ca urmare, spre fiecare pol se îndreaptă un set haploid decromozomi care conţine câte un cromozom bicromatidic de la fiecare pereche decromozomi omologi. Comportarea cromozomilor neomologi în anafaza I esteabsolut independentă, ceea ce asigură o varietate mare de combinaţii ale cromo-zomilor materni şi paterni în setul haploid al viitorilor gârneţi. Urmează telofaza I,când cromozomii ajunşi la polii celulei se despiralizează uşor. în majoritateacazurilor, telofaza I nu este succedată de citochineză. Ca urmare, prima diviziunese soldează cu formarea unei celule cu două nuclee.

După o scurtă interfază, în care dublarea cromozomilor nu mai are loc, urmeazăcea de-a doua diviziune meiotică - ecuaţională.

Diviziunea eciiaţionalăCe-a de a doua diviziune meiotică decurge după tipul mitozei simetrice, cu

unica deosebire că nucleele care o suportă conţin un set haploid de cromozomibicromatidici. Drept urmare, în anafaza II spre polii celulei se îndreaptă cromatide,care devin ulterior cromozomii-fii. în urma citochinezei, din fiecare celulă seformează două celule haploide. Rezultatul final al meiozei sunt patru celulehaploide.

Importanţa meiozei. Datorită meiozei, celulele sexuale (gârneţii) au un numărhaploid de cromozomi (n), ceea ce face posibilă menţinerea numărului constantde cromozomi în toate generaţiile fiecărei specii. în urma fecundării se restabileştegarnitura diploidă (2ri). Meioza asigură şi o varietate a informaţiei ereditare caurmare a crossing-overului şi combinării libere şi independente a cromozomilormaterni şi paterni în anafaza I.

O

11

Page 12: Biologie XII

1. Definiţi noţiunea de ciclu vita! ai celulei.

2. Enumeraţi şi caracterizaţi etapele ciclului mitotic,

3. Asociaţi noţiunile din coloana A cu caracteristicile din coloana B.

a) perioada presinteticăb) perioada sinteticăc) perioada postsintetică

I

4. Scrieţi:

B

1) are loc autodublarea ADN-ului2) are loc biosinteza de proteine, ARN, dublareamitocondriilor;3) se acumulează energie, se dublează plastidele,centrozomul:4) cromozomii constau din 2 cromatide;5) cromozomii constau din o cromatidă.

A - dacă abc este corectB - dacă bd este corect

G - dacă ac este corectD - dacă d este corect

c) plastide;d) ribozomi.

c) centrioli;d) ribozomi.

c) aparatul Golgi;d) ribozomi.

a) selectaţi organitele cu membrană dublă:a) nucleu;b) mitocondrii;

b) selectaţi organitele care se autodublează:a) plastide;b) mitocondrii;

c) selectaţi organitele cu membrană simplă:a) reticul endoplasmatic agranular;b) lizozomi;

d) selectaţi funcţiile nucleului:a) conţine informaţie ereditară;b) participă la digestia celulară;c) dirijează procesele din celulă;cJ) participă la transportul substanţelor.

e) selectaţi organitele amembranare:a) plastide; c) nucleu;b) ribozomi; d) centrioli.

5, Copiaţi tabelul pe caiet şi completaţi-!.DEOSEBIRILE DINTRE CELULA VEGETALĂ Şl ANIMALĂ

" •

12

Page 13: Biologie XII

6. CAUZĂ-EFECT. Scrieţi A, dacă ambele afirmaţii legate prin conjuncţiadeoarece sunt corecte, şi B - dacă sunt incorecte.

a) Cromatina face parte din nucleoplasmă, deoarece este alcătuită din ADN,ARN şi proteine.

b) Mitocondriile sunt constituenţi specifici plantelor, deoarece nu se întâlnesc şiîn celula animală.

c) Vacuolele sunt spaţii delimitate de membrane, deoarece conţin suc celular.d) La sfârşitul meiozei celulele nou formate au numărul de cromozomi redus la

jumătate, deoarece la etapa reducţională spre cei 2 poli migrează cromozomibicromatidici.

e) Bivalenţii au 4 cromatide, deoarece sunt alcătuiţi din 2 cromozomi omologicu câte 2 cromatide.

f) Crossing-overul are loc în profaza I, deoarece profaza I este cea mai scurtăfază a meiozei.

g) Telofaza I a meiozei se deosebeşte de telofaza II, deoarece în telofaza I seformează 2 celule haploide.

7. Alcătuiţi un eseu structurat la tema „Celula" după următorul algoritm;a) Celula - unitate structurală a organismelor vii.b) Diversitatea celulelor în dependenţă de funcţie.

8. Enumeraţi tipurile de cromozomi după localizarea centromerului.

9. Explicaţi prin schemă originea cromozomilor omologi.

10. Completaţi spaţiile libere.în centriolii se deplasează spre poli. în metafază

se separă şi se deplasează spre poli. înfiice.

11. Explicaţi şi completaţi schemele de mai jos:

1

se formează 2 celule-

2 n C interfazănc-

interfază 2c

12. Analizaţi esenţa endomitozeî,

13. Explicaţi şi completaţi schema de mai jos:

„ „ interfază „ „ meioza I2n2c 2n2c

14. Enumeraţi stadiile profazeî.

meioza II

meioza

13

Page 14: Biologie XII

CL

1NÎ ?EAOF 1OR

1 VAR/ETO7E4 TIPURILOR DE ÎNMULŢIRE ALE ORGANISMELOR

TIREA SEXUATĂ A ANIMALELOR

2 ÎNMUL-

1. VARIETATEA TIPURILOR DE ÎNMULŢIRE ALE ORGANISMELOR

Durata vieţii oricărui individ în parte este limitată în timp. Chiar şi arborii cepot atinge o vârstă de 6000 de ani, în cele din urmă pier. Datorită proprietăţiiuniversale a fiinţelor vii de a se înmulţi viaţa de pe Terra nu dispare.

Amintiţi-vă după schema 1.1 tipurile de înmulţire ale organismelor viişi deosebirile dintre ele.

Organismele unicelulare se înmulţesc, de regulă, asexuat prin mitoză. După ceating dimensiunile caracteristice pentru formele adulte ale speciei date, celulele-fiice se divid şi ele. La fel se înmulţesc şi bacteriile. înmulţirea vegetativă sedistinge printr-o varietate mare de forme. Comun pentru toate este faptul că dintr-ocelulă sau grup de celule, în urma diviziunii lor mitotice, se dezvoltă un nou or-ganism asemănător întocmai cu cel matern. Totalitatea indivizilor "gemeni" ceprovin pe cale asexuată de la un strămoş comun formează un clon (de la gr. klon -descendent). De exemplu, corpul hidrei poate fi fragmentat în circa 200 de părţi şidin fiecare se va dezvolta o nouă hidră, toate împreună alcătuind un clon. Toatetufele de căpşun crescute din stolonii tufei-mamă, de asemenea, constituie un clon.

Schema 1.1VARIETATEA TIPURILOR DE ÎNMULŢIRE

asexuată

prin diviziune directăprin sporivegetativă

sexuată

• conjugarea• fără fecundaţie• cu fecundaţie

14

Page 15: Biologie XII

Posibilitatea dezvoltării unuiorganism dintr-o singură celulăa organismului-mamă a fostfolosită de savanţi în scopul în-mulţirii plantelor cu calităţi deo-sebite. Astfel, în 1907 au fostobţinute primele culturi de ce-lule. De la planta, ce prezentainteres pentru om, se izola ungrup de celule care se intro-duceau pe un mediu nutritiv. înprezenţa condiţiilor favorabile,acestea se înmulţeau prin divi-dere. Ulterior celulele-fiice seseparau şi se cultivau pe mediiaparte până la regenerarea plan-tei întregi. Astăzi cultura decelule şi ţesuturi este folosită pelarg în cele mai diferite dome-nii ale ştiinţei. De exemplu, înbaza culturii de ţesuturi poate firealizată însănătoşirea soiurilor.Presupunem că un soi de viţă devie a fost afectat de o boală viro-

mormoloc celule dinintestin

micropipetă

diviziunea\zigotului

omorâreanucleului mormoloc

B

Fig. 1.10. A - Prin donare John Gurdon a obţinutmai multe broaşte identice cu cea din imagine; B -Schema experimentului efectuat de John Gurdon.

tică care poate duce la nimicirea lui. Pentru a preveni acest fenomen, din lăstari seizolează celule neafectate care se cresc pe medii nutritive speciale, obţinându-seastfel plante devirozate.

Cultura de ţesuturi este folosită şi în medicină la obţinerea de vaccinuri. Cuacest scop cultura de ţesuturi animale este infectată cu un virus, vaccinul împotrivacăruia trebuie obţinut. După un anumit timp se recoltează substanţa produsă de

celule ca răspuns la pătrunderea virusului. Expe-rimentarea noilor preparate farmaceutice, anoilor metode de tratament, diagnosticul prenatalde asemenea se fac pe culturile de ţesuturi.

Clonarea se efectuiază şi în lumea animală,în 1968, savantul englez John Gurdon izolând

jf J^ Wnt' nuclee din celulele intestinului unui mormolocşi implantându-le în ovulele altor broaşte, dupăce a omorât nucleul lor, a obţinut mai multeclone ale unei broaşte care se asemănau întoc-mai (fig. 1.10). în Scoţia la 23.2.1997 s-a născutprima oiţă clonată Dolly (fig. 1.11). De curând

Fig. 1.11. Oiţa Dolly cu mama-Mi rogat.

15

Page 16: Biologie XII

veziculăseminală

>

vezicăurinară

canalseminal

uretră

penis

testicul

Fig. 1.12. Aparatul reproductiv masculin.

aceasta a fost adormită din cauza unei afecţiunipulmonare incurabile, care afectează, de regulă,oile bătrâne. Aplicarea clonării la om este legatăde un şir de probleme cu caracter etic şi moral,în prezent, în majoritatea ţărilor lumii s-auinterzis cercetările privind donarea umană.

Cel mai răspândit tip de înmulţire a anima-lelor este cea sexuată.

acrozomă

nucleu

mitocondrii

centriol

membranăcoadă

Fig. 1.13. Alcătuirea unui sperma-tozoid.

2. ÎNMULŢIREA SEXUATĂ A ANIMALELOR

înmulţirea sexuată presupune prezenţa a doi indivizi de sex opus. Fiecare individparticipă la formarea noului organism doar cu o celulă sexuală, numită gamet.Gametul feminin este ovulul, iar cel masculin - spermatozoidul. Procesul deformare a gârneţilor - gametogeneza - are loc în glandele sexuale corespunzătoare.

m

testicul

epididim

lobi

Amintiţi-vă alcătuirea glandelor sexuale masculine după fig. 1.12.

Gametogenezaa) SpermatogenezaSpermatozoidul prezintă o celulă mobilă

de dimensiuni relativ mici. De exemplu,spermatozoidul omului are o lungime de 50-70mcm, iar a crocodilului - 30 mcm. Deşi formalor diferă de la o specie la alta, majoritatea aucap, gât şi coadă (fig. 1.13). Formarea sper-matozoizilor {spermatogeneza) se desfăşoară întesticule - glande sexuale masculine.

La om, ca şi la celelalte mamifere, testiculeleconstau dintr-un număr mare de tuburi semi-nifere {fig. 1.14), în care se conturează trei zone:de înmulţire, de creştere şi de maturizare. înfiecare din aceste zone se desfăşoară etapele

canalseminal

tubseminifer

Fig. 1.14. Structura schematică atesticulului.

16

Page 17: Biologie XII

corespunzătoare ale spermatogenezei {fig. 1.15).în zona de înmulţire, amplasată la periferia

tubului seminifer, prin dividerea mitotică a celu-lelor localizate aici, iau naştere spermatogoniile.Ele prezintă celule diploide care încep să seformeze o dată cu maturizarea sexuală şi conti-nuă pe toată durata vieţii individului.

în zona de creştere spermatogoniile îşi mărescdimensiunile, transformându-se în spermatociţide ordinul I, supuse în zona de maturizarediviziunii meiotice. în urma primei diviziunimeiotice se formează două spermatociţi deordinul II. Trecând cea de-a doua diviziunemeiotică, fiecare dă naştere la două spermatidehaploide. Ulterior din ele se dezvoltă sperma-tozoizii. Astfel, dintr-o spermatogonie diploidărezultă 4 spermatozoizi haploizi.

1 S

sperma-togonii

sperma-tociţi deordinul 11

sperma-tociţi deordinul II

sperma-tide

Fig. 1.15.minifer.

G

7 / sperrrspermatozoizi

Secţiune prin tubul şe-

fi) OvogenezaGametul feminin - ovulul - este o celulă imobilă de dimensiuni relativ mari.

Pe lângă organitele celulare tipice, ovulele conţin şi substanţe nutritive. Dupăcantitatea şi repartizarea rezervelor de substanţe nutritive, se disting mai multetipuri de ovule (fig. 1.16): 1) izolecitale - conţin puţine substanţe nutritiverepartizate uniform în citoplasmă ovulului. Sunt caracteristice mamiferelor şinevertebratelor cu un termen scurt de dezvoltare embrionară; 2) telolecitale -dispun de o cantitate relativ mare de substanţe nutritive acumulate la un pol al

ovulului (polul vegetativ). Ast-nucieu fel de ovule formează peştii,

citoplasmă amfibiile, reptilele şi păsări-le; 3) centrolecitale - substanţanutritivă este repartizată uni-form în toată citoplasmă cuexcepţia stratului periferic.Sunt tipice pentru artropode.

Formarea ovulelor are loc înglandele sexuale feminine -ovare (fig. 1.17). în alcătuireaovarelor, ca şi a testiculelor, sedisting 3 zone în care au locanumite etape ale ovogenezei(fig. 1.18). începând cu pe-rioada embrionară şi până la

substanţenutritive

izolecital

polvegetativ

telolecital centrolecital

Fig. 1.16. Tipurile de ovule.I Biologie, ci. a XII-a

17

Page 18: Biologie XII

] trompă^-s uterinăV^ 1

ovociti de ordinul I fol icul ovarian

vase sanguine

ovogomu

Fig. 1.17. Aparatul genital feminin.foliculi ovarieni

Fig. 1.18. Secţiune prin ovar.

vârsta de 3 ani, prin diviziunea mitotică a celulelor de la periferia ovarelor - zonade înmulţire - iau naştere ovogoniile. în total se formează circa 400 000 de ovogonii.Fiecare ovogonie este inclusă într-o structură specială -folicul ovarian. în zonade creştere, acumulând substanţe nutritive necesare pentru diviziunile ulterioare,ovogoniile se transformă în ovociţi de ordinul I. Acest stadiu îl trec doar 40 000de ovogonii, celelalte degenerează. După ce ating un anumit nivel de dezvoltare,ovociţii de ordinul I trec In zona de maturizare, unde sunt supuşi profazei I. Celelaltestadii ale primei diviziuni meiotice sunt suportate la atingerea maturizării sexuale(la 12-13 ani). Din diviziunea reducţională a meiozei rezultă două celule de mărimidiferite: celula mare este ovocitul de ordinul II, iar cea mică - globului polar, fărăvreun rol în reproducere. La om şi la unele mamifere ambele celule rămân uniteîntre ele şi în această stare părăsesc ovarul, trecând în cavitatea abdominală: areloc ovulaţia. în scurt timp, ovocitul de ordinul II este captat de trompa uterină princare se deplasează spre uter. A doua diviziune meiotică a ovocitului de ordinul IIare loc numai cu condiţia contopirii lui cu un spermatozoid. Dacă fecundaţia nuare loc, acesta piere. La alte animale cea de a doua diviziune meiotică urmeazăîndată după prima şi nu necesită prezenţa spermatozoidului. Din diviziuneaovocitului de ordinul II rezultă ovotidia, care se dezvoltă în ovul, şi încă un globulpolar. Primul globul polar de asemenea se divide. Ca urmare a meiozei, dintr-unovocit de ordinul I se formează patru celule haploide, dintre care trei degenereazăşi doar una devine ovul (fig. 1.19 (II).

Comparaţi după fig. 1.19 gametogeneza la plantele cu flori şi la verte-brate. Găsiţi asemănările şi deosebirile.

Ovogeneza este un proces ciclic care la om durează 28 de zile. Pe durata acestuiaau loc transformări importante şi în alte compatimente ale aparatului reproducătorfeminin - uter şi vagin. Sub influenţa hormonilor hipofizari şi ovarieni, acestea sepregătesc pentru o posibilă sarcină. Dacă fecundaţia nu are loc, comanda se anulează.

18

Page 19: Biologie XII

Metafaza I

Metafaza

8,

f

spermatocitde ordinul I

globulpolar

sac embrionar

oosferă

O

I ovocit dej ordinul I

spermatociţide ordinul II

spermatozoizi \

i

Metafaza I

Metafaza II

dividereaprimului globul

polar /

ovocit de ordinul II

^^al doilea globul polar

ovotidie

ovul

Spermatogeneza Ovogeneza

Fig. 1.19. Formarea celulelor sexuale la plantele cu flori (I) şi la animale (II).

19

Page 20: Biologie XII

I Membrana de la suprafaţa uterului se descuamează şi se elimină împreună cu sângele—1 provenit din leziunea vaselor localizate aici. Acest proces - menstruaţia - are loc în~1 a 3-a - 5-a zi a ciclului. Modificările survenite în uter sunt reflectate de oscilaţia^> temperaturii bazale, lucru de care se poate ţine cont la prevenirea sarcinii nedorite.

CL. Fecundaţi»

O wS Amintiţi-vă ce prezintă procesul de fecundaţie şi tipurile de fecundaţie.

In lumea animală se disting două tipuri de fecundaţie: externă şi internă. Incazul fecundaţiei externe (peşti, amfibii) gârneţii sunt eliminaţi în mediu, unde şiare loc contopirea lor. La unele animale cu fecundaţie internă, inclusiv la om,întâlnirea spermatozoidului cu ovulul are loc în partea superioară a trompei uteri-ne (Jig. 1.20 A). Spermatozoizii ajung la destinaţie traversând vaginul şi uterulprin contracţia muşchilor uterului şi mişcările active ale cozii. Fermentul, conţinutîn lichidul seminal, descompune substanţa ce încleie celulele din jurul ovulului.Ca urmare, acesta devine permeabil pentru spermatozoid. S-a constatat că în ovulpătrunde doar un singur spermatozoid, deoarece îndată ce a fost semnalată prezenţaacestuia în ovul, la suprafaţa lui se formează membrana de fecundaţie careîmpiedică accesul altor spermatozoizi. Prezenţa mai multor spermatozoizi în trompauterină este necesară pentru facilitarea fecundaţiei. Urmează contopirea nucleelorgârneţilor cu formarea zigotului. La păsări şi reptile dezvoltarea zigotului are locîn afara organismului matern. Astfel de animale sunt numite ovipare. La mamiferezigotul se dezvoltă în corpul mamei, de aceea mamiferele sunt numite vivipare.

La om şi unele mamifere, după pătrunderea spermatozoidului în ovocitul de

sperma-tozoid

Socul de întâlnire aspermatozoidului cu ovocitul

de ordinul II

trompăuterină

sperma-tozoizi

nucleumascul

nucleufemei

fuziuneamembranelor

celulare

ovotidie-ovul

al doileaglobul polar

Fig. 1.20. A - întâlnirea spermatozoidului cu ovocitul de ordinul II (la om); B - Pătrundereaspermatozoidului în ovocitul de ordinul II.

20

Page 21: Biologie XII

ordinul II, coada şi gâtul acestuiadegenerează. Unirea celor douăcelule haploide, a ovocitului deordinul II şi spermatozoidului,stimulează cea de-a doua divi-ziune meiotică a ovocitului deordinul II cu formarea uneiovotidii şi încă a unui globul po-lar. Ovotidia şi este gametul se-xual feminin -ovulul(fig. 1.20B).Urmează contopirea nucleelorcu formarea zigotului, din careîn corpul mamei se va dezvoltaun nou organism.

nucleuvegetativ tub polenic

spermii

<ot Or ,

ti

antipode nucleul central nucleul triploidal endospermului

Fig. 1.21. Fecundaţia dublă la plantele cu flori.

Amintiţi-vă după fig. 1.21 fecundaţia dublă la plantele cu flori. Com-paraţi fecundaţia la plante cu cea la animale.

Tipurile neregulate de înmulţire sexuată. Atât la plante, cât şi la animale seîntâlnesc aşa-numitele tipuri neregulate de înmulţire sexuată, la care se referăpartenogeneza, ginogeneza şi androgeneza.

Partenogeneza prezintă dezvoltarea embrionului dintr-un ovul nefecundat. Estecaracteristică crustaceelor inferioare, rotiferelor, himenopterelor (albinelor,viespilor ş.a.). Ouăle nefecundate pot fi stimulate la diviziune şi artificial, tratându-le cu diferiţi agenţi chimici şi fizici. Partenogeneza poate fi somatică (sau diploidă)şi generativă (sau haploidă). în primul caz ovulul nu se supune meiozei şi chiardacă trece prin diviziunea reducţională, nucleele haploide rezultate se contopescrestabilind garnitura diploidă. Acest tip de partenogeneza are loc la dafnii în condiţiinefavorabile. Partenogeneza generativă asigură dezvoltarea embrionului dintr-unovul haploid. De exemplu, la albină din ovulele nefecundate se dezvoltă trântori.

Partenogeneza la plante - apomixia - este caracteristică pentru speciile dingenurile Potentilla, Rubus ş.a.

Ginogeneza. în caz de ginogeneza, embrionul de asemenea se dezvoltă dintr-un ovul nefecundat, activat obligatoriu de spermatozoid care, însă, nu participă lafecundaţie. Fenomenul a fost descoperit la viermii cilindrici, la unii peşti, la plante.

Androgeneza este un antipod al ginogenezei. Embrionul se dezvoltă numai pecontul nucleului masculin şi al citoplasmei gârneţului feminin. Acest tip de înmulţire-exuată are loc la distrugerea nucleului matern încă înainte de fecundaţie. Dez-voltarea indivizilor androgeni până la starea adultă s-a constatat numai la viermele-de-mătase şi viespea parazitară. înmulţirea androgenetică se afestă şi la unele planteI tutun, porumb ş.a.).

21

Page 22: Biologie XII

1, Definiţi rtoffurtfe de reproducere: cartoti©, cton» fecundaţie, ontogenezâ

2, Explicaţi schematic dwwtm ta animate (pe exempJuf amfibienifar).oD_

3. Compui i,belu

dimensiunilemobilitateagarnitura de cromozomiorganitelecitoplasmă

SPERMATOZOID

4, CAUZÂ-CFECT, Notaţi eu «era 4, d a c i ambele afirmaţii legato princonjuncţia deoarece «unt corect®, fi cu F- dacă sunt Incorecte.

a) Spermatogeneza are loc în tubii seminiferi, deoarece ei fac parte din structuratesticulelor.

b) Spermatogoniile au un set diploid de cromozomi, deoarece se formează înurma diviziunii mitotice.

c) Spermatocitul de ordinul I are o garnitură haploidă de cromozomi, deoarecese formează în urma meiozei I.

cf j Fiecare spermatozoid are un set haploid de cromozomi, deoarece se formeazăîn urma diviziunii mitotice a celulelor din zona de înmulţire.

ej Ovulul este mai mare în dimensiuni decât spermatozoidul, deoarece conţineorganite celulare şi substanţe de rezervă.

f) La naştere fetiţa conţine mai multe ovogonii, deoarece cu vârsta multe dinele degenerează.

g) Ovociţii de ordinul I se află în profaza I, deoarece celelalte stadii ale ovogenezeiau loc la maturizarea sexuală.

. . . • j - m > < ' >

fa pfanteie cu flori fi mamifere,

0, Enumeraţi tipurile de feeundaţfe.

7. Grupaţi noţiunile de mai jos dupl anumiţi criterii;

1. Fecundaţie dublă2. Fecundaţie externă3. Fecundaţie internă4. Plante angiosperme5. Peşti osoşi6. Crocodil7. Păsări

8. Necesită apă9. Planaria10. Ascarida11. Hidra12. Muşchi-de-pământ13. Bivalve

22

Page 23: Biologie XII

8. Asociaţi noţiunile din cele două coloane.

A. Partenogeneză.B. Apomixie.C. Ginogeneză.D. Androgeneză.E. OvogoniuG. Folicul ovarian.

1. încep să se formeze în perioada em-brionară până la vârsta de 3 ani.2. Dezvoltarea embrionului din ovul nefe-cundat.3. Dezvoltarea embrionului din ovul nefe-cundat activat de spermatozoid.4. Partenogeneză la plante.5. Formaţiunea care înglobează ovogo-niile.6. Embrionul se dezvoltă din nucleul mas-culin şi citoplasmă gârneţului feminin.

_ j

f \j

' . • • • • • . • i : Î t

1. Spermatocitul de ordinul II rezultă din:a) diviziunea mitotică a spermatocitelor de ordinul I;b) diviziunea meiotică a ovocitelor de ordinul I;c) diviziunea mitotică a spermatogoniilor;d) diviziunea meiotică a spermatidelor.

2. Ovociţii de ordinul II rezultă din:a) diviziunea meiotică a ovociţilor de ordinul I;b) diviziunea mitotică a ovociţilor de ordinul I;e) diviziunea meiotică a spermatogoniilor;d) diviziunea reductională a ovociţilor de ordinul I.

3. Spermatocitul de ordinul II este o celulă:a) haploidă cu 22 de cromozomi somatici şi un cromozom sexual X;b) diploidă cu 44 de cromozomi somatici şi doi cromozomi sexuali XY;c) haploidă cu 22 cromozomi somatici şi un cromozom Y;d) haploidă cu 22 cromozomi somatici şi cu un cromozom sexual X sau Y.

4. Spermatogeneza la om are loc:a) de la naştere până la maturizarea sexuală;b) de la maturizarea sexuală şi până la sfârşitul vieţii;ft) numai în perioada maturizării sexuale;d)în perioada dezvoltării embrionare.

10. Alcătuiţi un eseu ia tema "Influenţa alcoolului, drogurilor asupraovogenezei şi sptrmatogenetei".

23

Page 24: Biologie XII

fern®

r » DEZVOLTAREA INDIVIDUALAA ORGANISMELOR

1 ETAPA EMBRIONARĂ A ONTOGENEZEI 2 DEZVOLTAREA EMBRIONULUIŞl A ENDOSPERMULUI LA PLANTE 3 DEZVOLTAREA EMBRIONARĂ LA OM4 INFLUENŢA RECIPROCĂ A PĂRŢILOR EMBRIONULUI 5 INFLUENŢA MEDIULUIASUPRA DEZVOLTĂRII EMBRIONULUI 6 ETAPA POSTEMBRIONARĂ A ONTO-GENEZEI

După formarea zigotului începe dezvoltarea individuală a noului organism -ontogeneza. Ea cuprinde două etape: embrionară şi postembrionară.

1. ETAPA EMBRIONARĂ A ONTOGENEZEI

Dezvoltarea embrionară cuprinde perioada de timp de la prima diviziune azigotului până la ieşirea embrionului din ou sau naşterea noului organism. Lamajoritatea animalelor această etapă a ontogenezei decurge după acelaşi plan şiinclude trei etape de bază: segmentarea, gastrularea şi organogeneza.

Segmentarea. în scurt timp de la formare, zigotul animalelor suportă câtevadiviziuni mitotice. Caracterul segmentării zigotului diferă de la o specie la alta şidepinde de tipul ovulului. Deosebim segmentare totală, când zigotul se divide în

Segmentare totală simetrică a zigotului la branhiostomă

Fig. 1.22. Di-ferite tipuri desegmentare azigotului.

Segmentare totală asimetrică a zigotului la amfibii

Segmentare parţială a zigotului la păsări

24

Page 25: Biologie XII

blastulă în secţiune

blastocel

blastoderm

morulă blastulă

Fig. 1.23. Segmentarea zigotului la branhiostomă.

întregime, şi parţială, în cazul segmentării doar a unei părţi a acestuia. Cea totală,la rândul său, poate fi simetrică - celulele rezultate sunt aproximativ egale, şiasimetrică - celulele formate au dimensiuni diferite (fig. 1.22). Pe duratasegmentării, volumul sumar al celulelor rămâne neschimbat, în timp ce numărullor creşte. La stadiul de 32 de celule embrionul aminteşte o mură, de unde şidenumirea lui de morulă. Ca urmare a segmentării de mai departe, dimensiunilecelulelor se micşorează tot mai mult. Ele se amplasează într-un strat, blastodermul,care delimitează cavitatea primară a viitorului organism - blastocelul. Astfel seformează blastulă - embrion unistratificat care se supune gastrulării (fig. 1.23).Celulele ce formează blastodermul sunt numite blastomeri.

Gastrulaţia reprezintă procesul de formare a embrionului bi- sau tristratificat,numit gastrulă. La unele animale gastrulaţia are loc prin invaginarea unei porţiunide blastoderm în interiorulblastulei (fig. 1.24), iar la alteleprin imigrarea unui grup decelule dintr-o regiune sau altaa blastulei în interiorul ei. Decele mai multe ori gastrulaţiadecurge prin îmbinarea maimultor tipuri. Gastrulă repre-zintă un sac bistratificat(/zg. 7.25).Cel extern este numit ectoderm,iar cel intern - endoderm. Am-bele straturi mai sunt numite şifoiţe embrionare. Cavitateagastrulei, mărginită de endo-derm, reprezintă intestinul pri-mar. El comunică cu mediulprintr-un orificiu, numit blas-topor -cavitatea bucală primară.La embrionii majorităţii anima-lelor pluricelulare, cu excepţiaspongierilor şi celenteratelor,între primele două foiţe emb-

Gastrulaţia prin imigrare la meduză

Gastrulaţia prin invaginaţie la branhiostomă

Fig.1.24. Diferite tipuri de gastrulaţie.

Fig.1.25. Alcătuirea gastrulei.

endodermblastopor

25

Page 26: Biologie XII

_ 1

1

ocil

rionare se formează şi cea de atreia - mezodermul.

Organogeneza începe încăla etapa de gastrulaţie o dată cudiferenţierea celulelor dupăstructură şi compoziţia chimică(fig. 1.26). Diferenţierea de maideparte a celulelor celor treifoiţe embrionare duce la forma-rea unora şi aceloraşi ţesuturişi organe la majoritatea ani-malelor (tab. 1.2). După for-

Fig.1.26. Organogeneza l a branhiostomă. m a r £ a p r i m o r d i i l o r ^ ^ o r_

ganelor urmează definitivarea structurii şi funcţiilor lor. Durata dezvoltăriiembrionare - gestaţia - diferă de la o specie la alta.

placă neurală

intestinprimar

placă neurală

coardă

Tabelul 1.2ORGANOGENEZA LA VERTEBRATE

1. Ectoderm

2. Mezoderm

3. Endoderm

CARE SE DEZVOLTA

sistemul nervos, organele de simţ, epidermul pielii şi anexeleei (unghiile, părul, glandele sudoripare, sebacee), smalţuldentar, epiteliul cavităţii bucale şi intestinului subţire,branhiile şi plămânii la nevertebrate.

scheletul, muşchii, organele aparatului circulator, excretorşi reproductiv.

intestinul şi glandele anexe (ficatul, pancreasul), plămâniicoarda, branhiile la cordate. 1 J

2 DEZVOLTAREA EMBRIONULUI Şl A ENDOSPERMULUI LA PLANTE

Fecundaţia dublă la plantele cu flori este succedată la scurt timp de diviziuneaşi dezvoltarea atât a embrionului, cât şi a endospermului (fig. 1.27).

Amintiţi-vă după fig. 1.21 originea embrionului (zigotul principal) şi aendospermului (zigotul secundar) la plantele cu flori.

Endospermul începe să se dividă îndată după fecundaţie, acoperindu-se în prealabilcu o membrană celulozică subţire. în urma primei diviziuni se formează două nucleecare se divid multiplu, generând un număr mare de nuclee. Citochineza nu are loc,de aceea, la un moment dat, sacul embrionar se umple cu nuclee înconjurate decitoplasmă, amintind un suc lăptos bogat în substanţe nutritive. La porumb, cerealeaceastă fază este numită „în lapte". Prin apariţia între nuclee a membranelor ce

26

Page 27: Biologie XII

suspensor

Fig. 1.27. Dez-voltarea emb-rionului şi a en-dospermului laplantele cu flori.

embrion

O

delimitează celule, ia naştere albumenul. La leguminoase, fagacee embrionul consumăalbumenul, rezervele nutritive înmagazinându-se în cotiledoane. Deci, seminţeleacestor plante sunt lipsite de albumen. La graminee, ricin albumenul este consumatparţial, cea mai mare parte rămânând în jurul embrionului.

Cât timp se dezvoltă endospermul embrionul se înveleşte într-o membrană celulozicăşi trece într-o perioadă de repaus. Dezvoltarea lui începe după definitivarea albumenuluiprin dividerea printr-un perete transversal în două celule: una spre micropil şi alta spreinteriorul ovarului. Celula dinspre micropil se divide de mai multe ori prin pereţi.ransversali, dând naştere unui suspensor care afundă celula internă în sacul embrionar.Celula internă, printr-o succesiune de diviziuni celulare orientate diferit, dă naştereembrionului - o masă de celule care încep să se diferenţieze şi morfologic, dândnaştere cotiledoanelor, muguraşului şi radiculei (părţile embrionului). Primordiile. otiledoanelor apar la început atât la Monocotiledonate, cât şi la Dicotiledonate, dovadăa originii lor comune. La Dicotiledonate ele cresc simultan, cu aceiaşi intensitate, întimp ce la Monocotiledonate unul rămâne nedezvoltat.

Amintiţi-vă ce prezintă sămânţa şi fructul la plantele cu flori.

DEZVOLTAREA EMBRIONARA LA OM

Gestaţia la om are o durată de 280 de zile şi se împarte în trei perioade: incipientăima săptămână după fecundaţie), embrionară propriu-zisă (de la a 2-a până la

a 8-a săptămână de sarcină) şifetală (de la a 9-a săptămână de sarcină până laoterea copilului).

Amintiţi-vă după fig. 1.29 unde are loc fecundaţia la om.

27

Page 28: Biologie XII

* m

Fig. 1,28. Segmentarea zigotului la om. A - stadiul de 2 celule; B - stadiul de 4 celule; C -stadiul de 8 celule.

stadiul de 4celule

\\

stadiul de 8celule

I morulă

stadiul de 2celule

Perioada incipientă. în urma fecundatiei, care are loc la capătul distal al trompeiuterine, se formează zigotul care se supune segmentării pe durata deplasării spreuter. La 25-35 ore de la fecundatie, în urma primei diviziuni mitotice, se formeazădouă celule, după 40 de ore - 4 celule, după 60 de ore - 8 celule, iar după 90 de ore

- 16 celule (fig. 1.28). Astfel seformează blastula. Peste 3-4ore de la formare, blastula ajun-ge în cavitatea uterină. După 3-4 zile de aflare aici în stareliberă, timp în care blastomeriicontinuă să se dividă, blastulastabileşte legătura cu organis-mul mamei. Are loc implanta-rea (fig. 1.29) - afundareablastulei în mucoasa uterului cufixarea ulterioară de aceasta.Uneori implantarea are loc întrompa uterină sau chiar încavitatea abdominală. în astfelde cazuri se vorbeşte despre osarcină extrauterină, care puneîn pericol viaţa femeii.

Perioada embrionară pro-priu-zisă începe cu gastrulaţiaşi formarea foiţelor embrionare.Cea externă, ectodermul, împ-reună cu ţesuturile peretelui ute-rului participă la formareaplacentei, organ care asigură

fecundaţie

ovocit deordinul II implantarea blastulei

Fig. 1.29. Ovulaţia şi implantarea blastulei.

membresuperioare

cavitateamniotică

veziculăombilicală

placentă

membreinferioare

Embrion de 30 de zile Embrion de 50 de zile

Fig. 1.30. Două stadii de dezvoltare ale embrionuluiuman.

28

Page 29: Biologie XII

placentă

cordonombilical

veziculăombilicală

Fig. 1.31. Făt uman de trei luni şijumătate.

legătura dintre embrion şi mamă. Formareaplacentei începe în a 14-a zi de la fecundaţie şise încheie la sfârşitul celei de a doua luni de viaţăintrauterină. Ea are forma de disc fixat de mu-coasa uterului. Către sfârşitul celei de a treiasăptămâni de sarcină începe procesul de orga-nogeneză, iar către săptămâna a 8-a embrionulmăsoară 30 mm şi are aspect de om (fig. 1.30).în perioada implantării, formării placentei şiorganogenezei embrionul este foarte sensibil laacţiunile nefavorabile: la preparatele medica-mentoase luate de mamă, bolile infecţioase su-portate de ea, stres, emoţii negative, poluareamediului etc. De aceea aceste perioade sunt con-siderate critice în evoluţia sarcinii.

Perioada fetală începe cu a 9-a săptămânăde sarcină şi se caracterizează prin definitivarea structurii şi funcţiilor organelorşi sistemelor de organe. La vârsta de 8 luni fătul este viabil, dar necesită încăcondiţii intrauterine de dezvoltare. Către momentul naşterii, fătul atinge o greutatede cel puţin 2500 g şi o lungime de 47 cm (fig. 1.31). Dezvoltarea embrionară seîncheie cu naşterea. Mai întâi timp de 2-20 de ore are loc deschiderea coluluiuterin. Urmează contractarea uterului în vederea expulzării fătului. Această perioadăpoate dura de la 2 până la 100 min. Peste 15-20 min după naşterea copilului, sedezlipeşte placenta.

4, INFLUENŢA RECIPROCA A PĂRŢILOREMBRIONULUI

Probabil nu odată v-aţi întrebat cum dintr-osingură celulă-zigot se dezvoltă un organism plu-ricelular cu diferite ţesuturi şi organe specializatela îndeplinirea anumitor funcţii? Răspunsul laaceastă întrebare ni-1 dă embriologia - ştiinţacare se ocupă cu studierea etapei embrionare aontogenezei. Embriologii au stabilit că primeleetape ale diferenţierii celulare sunt determinatede citoplasmă zigotului. La segmentarea aces-tuia, celulele-fiice primesc porţiuni neidenticede citoplasmă. Faptul că primii blastomeri suntidentici după setul de cromozomi şi neidentici dupăcompoziţia citoplasmei şi determină etapele iniţialeale diferenţierii celulare.

t

Q.

t '

B

Fig. 1.32. A - strangularea emb-rionului de broască la stadiul de doiblastomeri cu un fir de păr; B - dez-voltarea a doi embrioni din cei doiblastomeri izolaţi.

29

Page 30: Biologie XII

\

1/Fig. 1.33. Dezvoltarea gemenilor mono- şi dizigoţi la om.

într-o măsură mai mare di-ferenţierea celulară a embrio-nului este generată de influenţareciprocă a celulelor sale. Experi-mental s-a constatat că la distru-gerea unuia din primii doi blas-tomeri de broască şi neizolareaunuia de celălalt, din cel rămasse dezvoltă doar jumătate deblastulă. în caz de izolare deplinăa primilor doi blastomeri prinstrangularea lor cu un fir de păr(fig. 1.32), din fiecare se dezvoltăun mormoloc normal. La

animalele superioare, inclusiv la om, separarea primilor doi blastomeri uneori areloc fără vreo influenţă din afară. în astfel de cazuri, dintr-un ovul fecundat sedezvoltă doi embrioni - gemeni monozigoţi. Aceştia, de regulă, au acelaşi sex,aceeaşi grupă de sânge şi seamănă atât de mult între ei, încât practic este imposibilde a-i deosebi (fig. 1.33). Uneori gemenii monozigoţi nu se separă complet,prezentând un grad diferit de concreştere. Este vorba despre gemenii siamezi. înprezent medicina practică pe larg separarea gemenilor monozigoţi concrescuţi. însă,cu părere de rău, nu toate cazurile pot fi soluţionate.

Cum poate fi explicată naşterea de gemeni de sex diferit?

Dovezi ale influenţei reciproce ale părţilor embrionului au fost obţinute şi latransplantarea celulelor de embrion în dezvoltare. De exemplu, la transplantareade blastomeri din viitorul ectoderm în diferite regiuni ale altui embrion de aceeaşivârstă, din acesteia s-au dezvoltat diferite structuri în funcţie de locul unde aufost transplantaţi: tub neural, pereţii intestinului etc. La fel s-au comportat şiblastomerii viitorului endoderm şi mezoderm. Experimentele au arătat că pemăsura dezvoltării embrionului legătura dintre celule creşte, la fel şi influenţalor reciprocă. Astfel, la izolarea din blastulă a viitoarelor celule ale ectodermuluisau endodermului şi cultivarea lor pe medii nutritive separate, în ambele cazuris-a format un strat de celule asemănător cu epiteliul. La amestecarea şi cultivarealor împreună s-au dezvoltat structuri asemănătoare cu coarda, muşchii etc.

O dovadă elocventă a influenţei reciproce a părţilor embrionului a fost obţinutăexperimental de savantul neamţ H. Spemann. El a transplantat sectorul de ectoderm,din care trebuia să se dezvolte tubul neural, de la un embrion de triton în ectodermulabdominal al unui alt embrion de triton, aflat la acelaşi stadiu de dezvoltare. Lacel de-al doilea embrion s-au format două tuburi neurale: unul la locul obişnuit,

30

Page 31: Biologie XII

placa neuralăproprieiar celălalt - pe partea abdo-

minală, în apropierea trans-plantului (fig. 1.34). Prin urma-re, celulele transplantului aumodificat direcţia de dezvoltarea celulelor vecine. Fenomenula fost numit inducţie embrio-nară, iar părţile embrionuluicare dirijează diferenţierea ce-lulelor vecine - centre de in-ducţie. Experimental au fost>tabilite mai multe astfel de cen-tre. Bineînţeles, apare întrebareacum acţionează inductorulasupra ţesuturilor adiacente?Răspunsul l-au dat experimen-tele efectuate de mai mulţi savanţi din diferite ţări ale lumii. La omorârea prinîncălzire a celulelor inductorului şi transplantarea lor în regiunea abdominală aembrionului efectul transplantării a fost acelaşi: dezvoltarea în regiunea abdominalăa setului suplimentar de organe axiale. Aceeaşi acţiune o exercită şi extractul din

ceste celule. Rezultatele obţinute au sugerat ideea că acţiune de inducţie exercitănu celulele ca atare, ci produsele metabolice formate în ele. Astfel, experimental afost demonstrată reglarea chimică a diferenţierii celulelor: produsele metaboliceale unor ţesuturi dirijează şi reglează dezvoltarea altora, de unde deducem cădezvoltarea embrionului la cele mai timpurii etape ale ontogenezei este reglată demecanisme chimice. Perturbarea acestora poate induce diferite anomalii dedezvoltare.

coarda proprie

coardăposttransplantare

placa neuralăposttransplantare

Fig. 1.34. Secţiune transversală prin embrionul detriton care a suportat o transplantare de ectoderm.

G

f ']

5. INFLUENŢA MEDIULUI ASUPRA DEZVOLTĂRII EMBRIONULUI

Dezvoltarea embrionilor diferitelor specii depinde într-o măsură sau alta defactorii de mediu (temperatură, umiditate, conţinutul de oxigen, gradul de poluarea mediului etc.). Gradul de influenţă a mediului asupra dezvoltării embrionuluidepinde de tipul dezvoltării acestuia. Astfel, în cazul organismelor ovipare (peşti,amfibii, reptile, păsări) această influenţă este cu mult mai mare decât în cazul

fclor vivipare (mamiferele). De exemplu, dezvoltarea embrionilor de păsări areloc la o anumită temperatură a mediului (~25-27°C). La o temperatură mai micăsau mai mare dezvoltarea embrionului practic este imposibilă. Prezenţa oxigenului

a apei de asemenea influenţează mult dezvoltarea embrionului. Embrionulriviparelor de asemenea este influenţat de condiţiile de mediu, dar într-o măsurănai mică. De exemplu, iradierea cu o doză unică a femelelor gestante de şobolanib diferite termene de sarcină s-a dovedit a fi inofensivă pentru ele. După naşterea

31

Page 32: Biologie XII

_ 1

2cu

puilor s-a observat însă că iradierea la termenul de sarcină de 7-12 zile estedăunătoare puilor - au apărut dereglări în structura scheletului. Acest termen desarcină este considerat critic pentru formarea scheletului.

Amintiţi-vă perioadele critice în dezvoltarea embrionului la om (a sevedea p. 29).

în prezent viciile şi malformaţiile de dezvoltare ale organismului uman, cauzeleapariţiei lor sunt studiate de un nou compartiment al ştiinţelor medico-biologice -teratologici. Factori teratogeni, factori care provoacă malformaţii şi vicii dedezvoltare, s-au dovedit a fi diferite substanţe chimice cu care omul contacteazăîn viaţa cotidiană: tutunul, alcoolul, drogurile, diferiţi compuşi sintetici (coloranţi,stabilizatori, emulgatori etc.), unele preparate medicamentoase. A fost demonstratăşi acţiunea teratogenă a unor factori fizici (diferite tipuri de radiaţie, ultrasunetul,vibraţiile, câmpul electromagnetic etc.). Cunoaşterea cauzelor malformaţiilor şiviciilor de dezvoltare are o imensă importanţă practică deoarece sporeşte eficienţamăsurilor profilactice de combatere a celor mai grave perturbări de dezvoltareindividuală a omului.

6. ETAPA POSTEMBRIONARĂ A ONTOGENEZEI

O dată cu ieşirea embrionului din învelişurile oului sau naşterea lui începedezvoltarea postembrionară. în desfăşurarea ei se disting trei perioade: de creştereşi dezvoltare, de maturizare şi senilă.

După specificul perioadei de creştere şi dezvoltare, toate animalele se împartîn două grupe: cu dezvoltare directă şi indirectă (fig. 1.35). Dezvoltareapostembrionară directă presupune asemănarea nou-născutului cu individul adult.Acest tip de dezvoltare este caracteristic pentru arahnide, crustacee şi majoritateavertebratelor. Dezvoltarea indirectă poate fi prin metamorfoză incompletă şicompletă. în cazul metamorfozei incomplete, din ou iese larva. Ea duce un mod

Fig. 1.35. Douătipuri de dezvol-tare postem-brionară.

Page 33: Biologie XII

_

G0-

Fig. 1.36. Dezvoltarea postembrionarăprin metamorfoză incompletă la broască.

Fig. 1.37. Dezvoltarea postembrionarăprin metamorfoză completă la fluture.

de viaţă activ şi este înzestrată cu organe provizorii, lipsă la indivizii adulţi. înacelaşi timp ea nu are unele organe caracteristice adulţilor. De exemplu, larvaamfibiilor - mormolocul - spre deosebire de broasca adultă, are coadă, dar nuare membre, plămâni, respirând prin branhii, inima are două camere, şi nu treica la adulţi (fig. 1.36). După un şir de năpârliri, larva se transformă în imago(forma adultă). Prin metamorfoză incompletă se înmulţesc lăcustele, cosaşii,greierii, coropişniţa, gândacul-de-bucătărie, ploşniţele, unele amfibii ş.a.

Dezvoltarea postembrionară prin metamorfoză completă cuprinde patru stadii(fig. 1.37). Din ou iese larva vermiformă (la fluturi ea este numită omidă), caredupă un şir de năpârliri se transformă înpupă. Aceasta nu se hrăneşte şi, de obicei,este imobilă. Din pupă, care suportă un şir de transformări radicale, se dezvoltăimago. Acest tip de dezvoltare este caracteristic pentru fluturi, muşte, albine, viespi,majoritatea gândacilor ş.a.

Pe durata perioadei de creştere şi dezvoltare are loc sporirea masei corpului şimărirea dimensiunilor lui. După caracterul creşterii, deosebim organisme cu creşterelimitată şi nelimitată. Din primul grup fac parte animalele care cresc pe o duratălimitată a vieţii, până când ating dimensiunile caracteristice indivizilor adulţi aispeciei date. De exemplu, majoritatea mamiferelor cresc până la atingereamaturităţii sexuale. La părăsirea cuibului, puii majorităţii păsărilor ating dimen-siunile părinţilor. Omul creşte până la vârsta de 18-20 de ani. Ştiuca, nisetrul,taorunul cresc timp de mai multe decenii, iar majoritatea arborilor - toată viaţa.Aceste organisme au o creştere nelimitată.

Perioada de maturizare începe o dată cu atingerea maturităţii sexuale. Pe durataacesteia animalele şi plantele se reproduc, asigurând astfel perpetuarea speciei.Instalarea şi durata ei sunt criterii strict de specie.

Perioada senilă încheie ontogeneza oricărui organism. Legităţile îmbătrâniriiomului sunt studiate de un compartiment aparte al biologiei - gerontologia (de lagr. geron - bătrân şi logos - ştiinţă). îmbătrânirea corespunde cu încetinireametabolismului şi scăderea excitabilităţii. La plantele şi animalele ce îmbătrânesc3 Biologie, ci. a XII-a _,_

Page 34: Biologie XII

ocu-k

asimilaţia decurge mai încet şi nu satisface pe deplin necesităţile energetice aleorganismului. în tinereţe organele cresc şi se dezvoltă, iar la bătrâneţe - invo-luează, înregistrându-se micşorarea dimensiunilor şi modificarea structurii lor.De exemplu, la un bărbat de 80-90 de ani masa muşchilor scheletici se micşoreazăde 2,5 ori. Oasele devin mai fragile ca urmare a reducerii conţinutului de substanţeorganice şi sporirii celui de săruri anorganice. Cartilajele, inclusiv cele inter-vertebrale, se calcifică din care cauză coloana vertebrală îşi pierde elasticitatea dealtă dată. în ficat se reduce volumul de ţesut secretor, el fiind înlocuit cu ţesutconjunctiv. Vasele sanguine îşi pierd elasticitatea din cauza sărurilor depuse pepereţii lor. Schimbări profunde suportă sistemul nervos: neuronii pier, numărullor reducându-se considerabil. Observările multianuale au arătat că modificărilesenile au loc în toate organele şi sistemele de organe.

Mai bine de 100 de ani sunt studiate mecanismele îmbătrânirii, cauzele ei.Până în prezent au fost înaintate zeci de ipoteze conform cărora îmbătrânirea estegenerată de cele mai diverse cauze: reducerea conţinutului de apă în celule,dereglarea metabolismului calciului şi proteinelor, acumularea în celule a diferitelortoxine, modificarea pereţilor vaselor sanguine etc. în ultimul timp este promovatăpe larg ipoteza mutaţiilor somatice: pe parcursul vieţii în celulele somatice seacumulează diferite mutaţii care periclitează buna funcţionare a organelor şisistemelor de organe. însă toate aceste ipoteze se referă mai mult la simptomeleîmbătrânirii şi nu la cauzele acestui proces ireversibil.

La plante îmbătrânirea se manifestă prin pierderea de către celule a capacităţiide dividere, ceea ce stopează reînnoirea organelor vegetative.

Moartea finalizează existenţa oricărui organism. Pentru fiecare specie este carac-teristică o anumită durată a vieţii {tab. 1.3).

Tabelul 1.3

DENUMIREA SPECIEI

Hidră

Ştiucă

Broască

Broască-ţestoasă

Şoarece

Pisică

Câine, lup

Cal

Vrabie

Porumbel

Gaşca

DURATA VIEŢII

BEI1

100

5-15

100-165

3

9-10

13-15

3 0 ^ 0

15-20

40-50

70

DIFERITELOR ORGANISME

JLSLJ1IMăr, păr

Fag

Plop

Tei

Stejar

Măslin

Cedru

Secvoie

Baobab

Ienupăr

Tisa

-DURATA VIEŢI! (ani)

200-300

250-900

300-600

până la 1000

peste 1000j

600-700

până la 3000

până la 1000

până la 5000

2000

1000-3000

34

Page 35: Biologie XII

7, ALTERNAREA HAPLOFAZEI Şl DIPLOFAZEI ÎN CICLUL VITAL

Generalizând cele expuse până acum despre dezvoltarea organismelor, putemspune că ciclul vital al eucariotelor cuprinde următoarele etape: fecundaţia,înmulţirea mitotică a celulelor, meioza (formarea gârneţilor haploizi). Dacă luămîn considerare garnitura de cromozomi a celulelor organismului în fiecare dinaceste etape vom constata următorul lucru: n—>2n—m. De aici deducem că ciclulvital ca atare prezintă o alternare a haplo-şi diplofazei. Reducerea numărului decromozomi (haplofaza) este asigurată de meioză, iar restabilirea (diplofaza) - defecundaţie. Alternarea haplo-şi diplofazei, precum şi raportul duratei lor în ciclulvital al diferitelor organisme sunt reprezentate pe fig. 1.38.

microorganismeeucariote

muşchi ferigi plantesuperioare

animalesuperioare

Op l.lll .

Fig. 1.38. Alternarea haplo- şi diplofazei la eucariote: M - meioza; F - fecundaţia; linia subţire- faza haploidă; linia îngroşată - faza diploidă.

La majoritatea animalelor pluricelulare diplofaza este cea mai de lungă duratăm a ciclului vital, iar haplofaza se reduce la formarea gârneţilor. După morfologie

ji structură, haplo-şi diplofaza la animale diferă considerabil: prima este unicelulară,• cea de a doua - pluricelulară. La plantele cu flori haplofaza de asemenea este

de scurtă durată, fiind reprezentată de gametofitul masculin -grăunciorul de polen,şi cel feminin - sacul embrionar.

La alge, protozoare, microorganismele eucariote situaţia este inversă. Cea maimare parte a vieţii aceste organisme o parcurg în stare haploidă, faza diploidăfiind redusă la maxim. Ea este reprezentată de zigot care îndată după formare estesupus meiozei cu formarea de spori haploizi. Haplofaza acestor organisme poateexista atât sub formă de indivizi monocelulari, cât şi pluricelulari.

Predominarea haplofazei (gametofitului) asupra diplofazei (sporofitului) estecaracteristică şi pentru muşchi (fig. 1.39). Planta verde pe care o cunoaştem cutoţii este gametofitul haploid dezvoltat din sporul haploid. Pe el se formeazăorganele sexuale femele - arhegoanele, şi masculine - anteridiile. în arhegon sedezvoltă o oosferă haploidă, iar în anteridii - mai mulţi anterozoizi ciliaţi(spermatozoizi). Fecundarea presupune prezenţa apei care permite anterozoiduluisă ajungă la oosferă. Din ovulul fecundat se dezvoltă sporofitul diploid. Deci, lamuşchi generaţia sexuată şi asexuată convieţuiesc pe aceeaşi plantă. Pe sporofitse formează sporangii, unde în urma meiozei iau naştere sporii haploizi. Nimerindîn condiţii favorabile, sporii dau naştere la o nouă generaţie haploidă.

35

Page 36: Biologie XII

o

o spermatozoizi

La ferigi, din contra, sporo-fitul predomină ca durată asupragametofitului şi se deosebeştede acesta morfologic (fig. 1.40).Gametofitul, protalul, prezintăo placă verde (3-30 mm), nedif-erenţiată în organe care sehrăneşte de sine stătător. Peacelaşi sau pe diferite protalurise formează anteridiile şi arhe-goanele în care se maturizeazăgârneţii. Din contopirea lor re-zultă sporofitul pe frunzele că-ruia se formează sporangii încare se dezvoltă sporii haploizi.Din spori, în condiţii favorabile,se dezvoltă protalul.

Prin alternarea haplo-şidiplofazei se menţine într-un şirde generaţii un număr constantde cromozomi, caracteristicspeciei date. La aceasta con-

tribuie meioza, care reduce pe jumătate garnitura gârneţilor, şi fecundatia, carerestabileşte la zigot garnitura diploidă. Cunoaşterea fazelor ciclurilor vitale prezintăimportanţă pentru studierea moştenirii caracterelor.

spori

germinareasporului

nzoizi protonemă

Fig. 1.39. Ciclul vital la muşchiul-de-turbă.

Fig. 1.40. Ciclulvital la ferigă.

36

anteridieprotal

arhegon spermatozoizi

Page 37: Biologie XII

1. Definiţi noţiunile de creştere, dezvoltare, gerontologie, teratologie.

2. Enumeraţi cauzele principale ale diferenţierii celulelor în dezvoltareaembrionară,

3. Asociaţi noţiunile din coloana A cu caracteristicile din coloana B.

__1

O

a) segmentare;b) biastulă;c) gastrulă;d) animale diblasterice;f) animale triblasterice.

1. Stadiul embrionului cu 2 foiţe embrionare.2. Diviziunea multiplă a zigotului.3. Embrion cu 2 foiţe embrionare.4. Organele şi sistemele de organe se dezvoltădin 3 foiţe embrionare.5. Embrion cu trei foiţe embrionare.6. Celenterate.7. Cordate.8. Viermi.

4. Analizaţi exemple de influenţă reciprocă a celulelor la embrionul de broască,

5. Explicaţi schematic formarea gemenilor bivîtelini şi univitelini.

6. Explicaţi mecanismul fenomenului de inducţie embrionară,

7. Asociaţi noţiunile din cele două coloane:r-i

a) dezvoltarea postem-brionară directă;b) dezvoltarea prin meta-morfoză incompletă;c) dezvoltarea prin meta-morfoză completă

1. ou -»larvă -Miimfă -nmago2. nou-născutul se aseamănă cu adultul3. ou ->larvă -nmago4. Dezvoltarea la broască5. Dezvoltarea la cărăbuşul-de-mai.

8, Alcătuiţi un grafic, o diagramă care ar ilustra perioadele dezvoltării post-embrionare la om (luând la bază masa corpului şi procesele fiziologice).

9. Completaţi tabelul, copiîndu-l pe caiet.

PLANTA

1)clamidomonada

2) muşchiul-de-pământ

3) feriga-de-pădure

4) vişinul

CICLUL

STADIUL

VITAL LA PLANTE

. DE GAWIETOFIT STADIU! Of SPOROFIT

i i . ' ' • ' . ' • •••-• ' . ' . ' • • ' . • : - v î

!!i!£l: ; :; ; ;_,.,;. ': .vj10, Alcătuiţi un eseu ia tema; Influenţa factorilor mediului asupra dezvoltăriiembrionare a: a. Organismelor ovipare; b. Vivipare;

:37

Page 38: Biologie XII

]

oy—,

51

GENETICA - ŞTIINŢA DESPREEREDITATEA Şl VAR1ABILITATEA

ORGANISMELOR

1 OBIECTUL DE STUDIU AL GENETICII 2 SCURT ISTORIC AL DEZVOLTĂRIIGE-NETICII 3 OBIECTIVELE Şl METODELE DE CERCETARE ALE GENETICII 4 IM-PORTANŢA GENETICII PENTRU ALTE ŞTIINŢE Şl PENTRU PRACTICĂ

1. OBIECTUL DE STUDIU AL GENETICII

Genetica (de la gr. genesis - origine) este o ştiinţă relativ tânără, apărută laintersecţia sec. XIX-XX. Data oficială a naşterii geneticii este considerat anul 1900,când trei cercetători - H. de Vries, K. Correns şi E. Tschermak - pe diferite obiecteşi independent unul de altul au descoperit legile moştenirii caracterelor. Termenulde genetică a fost propus de W. Baîeson în 1906. Genetica studiază două proprietăţifundamentale ale organismelor: ereditatea şi variabilitatea. Ereditatea (de la gr. he-reditas - moştenire) este proprietatea fundamentală a fiecărui individ de a transmitecaracterele sale (însuşirile morfologice, fiziologice, biochimice şi motrice), genera-ţiilor următoare. Informaţia necesară pentru realizarea caracterelor unui individalcătuieşte informaţia ereditară (genetică) a individului dat, în particular, şi a specieide care aparţine acesta, în ansamblu.

Analizaţi experimentele descrise în continuare şi trageţi concluzii.

Moştenirea caracterelor ia microorganism*colibacil drojdie-de-bere,

Fig. 1.41. Creşterea microorganis-melor pe medii nutritive.

38

Colibacilii sunt bacterii care trăiesc în in-testinul animalelor şi se înmulţesc prin mitoză.Drojdia-de-bere este o ciupercă unicelulară carese înmulţeşte prin înmugurire. Ambele micro-organisme pot fi cultivate pe medii nutritive ceconţin apă, săruri minerale şi glucoza. S-a montaturmătorul experiment simplu. S-au luat douăbaloane cu medii nutritive identice (fig. 1.41).Pe unul s-au însămânţat colibacili, iar în celălalt- drojdia-de-bere. Ambele baloane au fost puseîn termostat la temperatura de 30°C, agitându-se periodic. Peste 24 de ore conţinutul ambelorbaloane a devenit tulbure. Analiza microsco-

Page 39: Biologie XII

Fig. 1.42. Cultură de colibacili (x800). Fig. 1.43. Cultură de drojdie-de-bere (x800).

pică a arătat prezenţa în primul balon a unei populaţii numeroase de colibacili(jig. 1.42), iar în cea de a doua - de drojdii-de-bere (fîg. 1.43).

Moştenirea caracterelor ia organismele pluricelulareîntr-un alt experiment s-a prelevat un zigot de şoarece la stadiul de 2 blastomeri

(fig. 1.44). Aceştia au fost separaţi microchirurgical şi reimplantati la două mame-surogat ce se deosebeau fenotipic. Şoriceii nou-născuţi s-au dovedit a fi absolutidentici şi nu semănau deloc cu mamele-surogat.

Studiaţi cu atenţie cele două plante de aceeaşi specie din fig. 1.45crescute în condiţii diferite (una la munte, alta - pe şes) şi trageţiconcluzii.

Dezvoltarea noului organism are loc în condiţiiconcrete de mediu care pot fi distincte de cele alestrămoşilor. Ca urmare la el pot apărea caracterenoi, neîntâlnite la strămoşi. De exemplu, doistoloni de căpşun recoltaţi de la aceeaşi tufă, fiindplantaţi în condiţii diferite, unul pe sol fertil şialtul pe sol lutos, vor avea o înfăţişare diferită.Acelaşi lucru îl putem spune şi despre planteledin fig. 1.45. Proprietatea indivizilor unei speciide a se deosebi între ei reprezintă cea de a douaproprietate fundamentală a organismelor -variabilitatea (de la lat. variabilis- variabil). Spredeosebire de ereditate, variabilitatea asigurăheterogenitatea speciei. Cu cât condiţiile de viaţăsunt mai diferite cu atât şi deosebirile dintreindivizii aceleiaşi specii vor fi mai evidente.

în funcţie de obiectul cercetat deosebim ge-netica plantelor, genetica animalelor, geneticamicroorganismelor, genetica omului etc.

Embrionla stadiul

de 2blastomeri

Fig. 1.44. Transmiterea informaţiei ere-ditare de la celula-ou la cele două celule-fiice.

39

Page 40: Biologie XII

^ '

- . ,. ;,.. . * ••:•• ' • j p i

' • • / • • !

*j»T"~

• ' • . / ' - ^ , *

^ .45. Douăplante de acee-aşi specie cres-cute în condiţiidiferite de me-diu: A-la mun-te; B - la şes.

2. SCURT ISTORIC AL DEZVOLTĂRII GENETICII

Pe parcursul dezvoltării civilizaţiei umane au fost înaintate mai multe ipotezecu privire la moştenirea caracterelor. Astfel, slujitorii ştiinţelor din Egiptul Anticafirmau că toate proprietăţile şi caracterele fiinţelor depind de proprietăţilesufletului, care se încorporează în ele la momentul conceperii. Filozofii greciDemocrit, Hipocrate şi Aristotel erau de părere că proprietăţile oricărui organismviu sunt moştenite de la părinţi prin mijlocirea produselor sexuale. în a douajumătate a sec. al XlX-lea Ch. Darwin a dezvoltat învăţătura filozofilor greci. Ela presupus că celulele modificate produc material ereditar modificat, asigurândastfel moştenirea modificărilor apărute în dezvoltarea individuală. Au existat şialte "teorii" despre ereditate, dar ele n-au rezistat timpului.

Dezvoltarea ştiinţelor a dat posibilitate de a studia ereditatea nu numai teoretic,ci practic prin organizarea de observaţii şi montarea de experimente. Primul astudiat experimental moştenirea caracterelor naturalistul ceh G. Mendel. în 1866el a publicat lucrarea "Experimente cu hibrizi vegetali" în care a formulat peexemplul mazării legităţile moştenirii caracterelor la plantele superioare. DupăMendel, dezvoltarea caracterelor organismului se datorează anumitor factori carese transmit prin intermediul celulelor sexuale. El i-a numit factori ereditari. Darlucrarea lui Mendel nu a atras atenţia contemporanilor şi a fost dată uitării.

în 1883 cercetătorul neamţ Th. Boveri, la fecundarea ovulelor anucleate de arici-de-mare cu spermatozoizi normali, a obţinut larve care erau de patru ori mai micidecât cele normale, iar la fecundarea ovulelor anucleate cu spermatozoizi anucleaţi,larve nu s-au format. Astfel a luat naştere ideea că formarea unui nou organism esteposibilă doar cu condiţia prezenţei în ambele celule sexuale a nucleului.40

Page 41: Biologie XII

Studiaţi experimentele ilustrate pe fig. 1.46 şi trageţi concluzii.nucleu

enucleare

celuleenucleate

Acetabu-laria

mediter-ranea

OAcetabu- (2 _,

laria -^**crenulata , *

contopirea a două decuparenuclee şi prima

diviziune azigotului i

peirea celuleifragment regenereazăcu nucleu o nouă

ciupercă

embrion la istadiul de 2 -

celuledecupare

I transplantareaîn uterul unei

femele

enucleare

şoricelulnou-născut

transplanare emrea

de nucleu m r j e j

interspecific s £ e c / e / A

crenulataFig. 1.46. Experimente de enuclea-re şi grefă nucleară la: A- animale;B - la ciuperci.

In 1900 trei cercetători - H. de Vries, K. Correns şi E. Tschermak - pe treiobiecte diferite au stabilit legităţile transmiterii caracterelor, redescoperind legileereditarii formulate de G. Mendel. La scurt timp aceste legităţi au fost confirmatede rezultatele experimentelor lui W. Bateson de studiere a moştenirii caracterelorla un număr mare de specii de plante şi de animale.

întrucât purtătorii materiali ai factorilor ereditari nu erau încă cunoscuţi, moştenireacaracterelor se studia la nivelul întregului organism. în 1903 mai mulţi savanţi{Th. Boveri în Germania, Cemm şi E. Wilson în S.U.A.), observând paralelismul încomportarea factorilor ereditari şi a cromozomilor au presupus localizarea acestoraîn cromozomi. Ulterior T. Morgan şi a colaboratori săi în experimentele cu drozofilaau confirmat această presupunere, formulând teoria cromozomială a eredităţii con-form căreia purtători materiali ai factorilor ereditari sunt cromozomii. Din acestmoment ştiinţa despre ereditate a trecut nemijlocit la studierea structurilor materialeale celulei răspunzătoare de transmiterea caracterelor. Astfel, au fost puse bazelestudierii fenomenelor moştenirii caracterelor la nivel de celulă.

41

Page 42: Biologie XII

Natura chimică a factorului ereditar a fost determinată experimental în anul^ 1944 de către savanţii T. Avery, C. M. McLeod şi McCarty. Adăugând ADN-ulj extras dintr-o cultură de pneumococ virulent la o altă cultură de pneumococ/! nevirulent, ei au constatat transformarea bacteriilor nepatogene în patogene, dovadă

m a faptului că caracterul virulent al primei culturi prin intermediul ADN-ului a fost3 transmis celeilalte culturi. Astfel a fost demonstrat pentru prima dată că suportul\ material al eredităţii este ADN-ul. Această descoperire a permis studierea eredităţii' la nivel molecular, ceea ce a sporit considerabil importanţa cognitivă a geneticii şi

rolul ei în dezvoltarea biologiei, medicinei, agriculturii.In prezent la studierea problemelor de genetică se aplică pe larg metodele altor

ştiinţe: matematicii, fizicii, chimiei, ciberneticii ş.a. Ca obiect de studiu sunt folositemicroorganismele, care se înmulţesc repede şi permit includerea în experimentelegenetice a sute şi mii de generaţii cu miliarde de indivizi fiecare. Astfel, în anii 40ai sec. al XX-lea G. W. Beadl şi E. L. Tatum, experimentând cu ciuperca Neu-rospora crassa, au stabilit procesele biochimice cu ajutorul cărora factorii ereditariinfluenţează asupra metabolismului celulelor şi, în cele din urmă, asupra formăriicaracterelor morfologice şi fiziologice ale organismelor.

3. OBIECTIVELE Şl METODELE DE CERCETARE ALE GENETICII

Obiectivele de bază ale geneticii sunt studierea următoarelor probleme: parti-cularităţile organizării şi modalitatea păstrării informaţiei genetice; mecanismeletransmiterii informaţiei genetice de la o celulă la alta şi de la un organism la altul;realizarea informaţiei genetice la diferite etape ale ontogenezei; cauzele şimecanismele modificării informaţiei genetice; relaţiile dintre ereditate, variabilitateşi ameliorare.

Genetica modernă este chemată să rezolve şi un şir de probleme practice aşaca: alegerea celor mai eficiente tipuri de încrucişări; elaborarea unor noi metodede dirijare a dezvoltării caracterelor ereditare valoroase şi de anihilare a celornedorite; obţinerea artificială de noi soiuri şi rase; elaborarea unor măsuri deprotecţie a naturii vii contra acţiunii factorilor mutageni; obţinerea unor producătorinoi de substanţe biologic active ş.a.

Metodele de cercetare. Metoda de bază în cercetările genetice este ceahibridologică, elaborată încă de G. Mendel. Ea constă în încrucişarea indivizilorcare se deosebesc după o pereche de caractere alternative (sau mai multe) şi evidenţamanifestării acestora în generaţiile următoare. Apariţia geneticii ca ştiinţă exactăa fost posibilă datorită utilizării de către G. Mendel a metodei matematice la analizarezultatelor încrucişărilor. Astăzi ea este de neînlocuit mai ales la compararearezultatelor obţinute cu cele teoretic aşteptate.

Metoda citologică asigură studierea bazei materiale a eredităţii la nivel celularşi subcelular.

Metoda citogenetică prezintă o îmbinare a metodei hibridologice cu cea42

Page 43: Biologie XII

citologică. Cu ajutorul acestei metode se studiază cariotipurile, schimbările înstructura şi numărul cromozomilor.

Metoda genealogică constă în întocmirea genealogiei (la animale, la om). Eadă posibilitate de a stabili tipul de moştenire a caracterelor.

Prin metoda populaţional-statistică se determină frecvenţa diferitelor gene înpopulaţii, fapt ce permite a calcula numărul de organisme heterozigote şi a prognozanumărul de indivizi cu mutaţii.

Genetica utilizează pe larg şi metodele specifice altor ştiinţe şi anume celebiochimice, chimice, imunologice, fizice. în funcţie de metodele de cercetare,deosebim genetica biochimică, genetica moleculară ş.a.

4, IMPORTANŢA GENETICII PENTRU ALTE ŞTIINŢEŞl PENTRU PRACTICĂ

Genetica şi ameliorarea. Genetica constituie baza teoretică a ameliorăriiplantelor, animalelor şi microorganismelor. Cu ajutorul geneticii au fost createnoi rase de animale domestice, soiuri de plante de cultură şi tulpini de micro-organisme.

Genetica şi medicina. Dezvoltarea geneticii omului a făcut să se înţeleagă căpe lângă bolile provocate de bacterii, virusuri şi de alţi agenţi există circa 2500 deboli ereditare. Diagnosticul precoce al unora dintre ele face posibilă intervenţiapromptă în evoluţia lor, prevenindu-se chiar şi sfârşitul letal. Astfel, nou-născuţiibolnavi de galactozemie (nu asimilează lactoza) sau de fenilcetonurie (sensibili laaminoacizii aromatici), boli ereditare metabolice, pot fi salvaţi prin excludereadin raţia alimentară a produselor ce conţin compuşi la care aceştia sunt sensibili.Practica a demonstrat că diagnosticul maladiilor ereditare până la procreare permiteexcluderea naşterii de copii bolnavi. Un rol important joacă în acest sensconsultaţiile medicogenetice.

Genetica şi ecologia. De cele mai multe ori activitatea gospodărească a omuluieste legată de intervenţia lui în procesele din natură. Ca urmare, se reduc suprafeţeleîmpădurite, se poluează apele, se dereglează echilibrul hidric. Prognozarea şiprevenirea unor astfel de consecinţe negative ale activităţii omului este imposibilăfără cunoaşterea ecologiei şi a geneticii.

Un aspect foarte important al geneticii ecologice este studierea influenţeidiferiţilor agenţi fizici şi chimici, utilizaţi de către om, asupra informaţiei ereditarea diferitelor specii de plante şi animale. De aceea orice substanţă nouă, destinatămedicinei, agriculturii, industriei alimentare, trebuie supusă în mod obligatoriustudierii activităţii genetice.

Genetica şi alte ştiinţe biologice. Cunoştinţele acumulate de genetica anima-lelor, plantelor şi microorganismelor sunt aplicate în zoologie, botanică, micro-biologie şi alte ştiinţe.

43

Page 44: Biologie XII

1. Definiţi următoarele noţiuni: genetică, ereditate, variabilitate.

2. Descrieţi etapeie dezvoltării geneticii ca ştiinţă.

3. Enumeraţi metodele de cercetare în genetică.

4. Analizaţi importanţa dezvoltării geneticii pentru alte ştiinţe.

5. Alcătuiţi o schemă care ar ilustra legătura geneticii cu alte ştiinţe.

6. Selectaţi răspunsul corectA. Gregor Mendel:

1) a studiat ştiinţele naturii la Viena;2) a efectuat experimente pe Drozofilla melanogaster:3) considera că gârneţii poartă unul din factorii ereditari;4) a întocmit hărţile cromozomiale.

B. Genetica studiază:1) totalitatea caracterelor organismelor;2) ereditatea şi variabilitatea organismelor;3) moştenirea caracterelor de către urmaşi;4) influenţa mediului asupra dezvoltării caracterelor

C. în genetică se aplică următoarele metode de cercetare:1) hibridologică;2} biochimică;3) discriptivă;4) prelucrarea matematică a datelor.

D. Bazele geneticii au fost puse de:1) H. de Vries, K. Correns, E. Tschermak;2) Gregor Mendel;3) Tomas Morgan;4) Democrit, Hipocrate, Aristotel.

7. Asociaţi noţiunile din cele două coioane:

A B1. Ereditatea; a) totalitatea caracterelor transmise urmaşilor;2. Variabilitatea; b) studiază ereditatea şi vanabilitatea organis-3. Informaţie ereditară; melor;4. Caracter; c) proprietatea organismelor de a transmite carac-

| 5. Genetică. terele generaţiilor următoare;d) proprietatea indivizilor unei specii de a se deo-sebi între ei;e) însuşirile morfologice, biochimice şi motrice aleorganismelor.

8. Scrieţi un eseu la tema: "Rolul geneticii în viaţa omului".

44

Page 45: Biologie XII

femei'

INFORMAŢIA EREDITARAREALIZAREA El ÎN CELULA

1 BAZA MATERIALĂ A INDIVIDUALITĂŢII ORGANISMELOR 2 REPLICAREAADN-ULUI 3 BIOSINTEZA PROTEINELOR

O

1. BAZA MATERIALĂ A INDIVIDUALITĂŢII ORGANISMELOR

KH Amintiţi-vă după tabelul 1.4 funcţiile proteinelor în organism.

Tabelul 1.4

CLASA DEPROTEINE

FUNCŢIILE

mxmmmmm

DE BAZA ALE PROTEINELOR

EXEMPLE DE PROTEINE

Proteine-fermenti

Proteine structurale

Catalizează anumite reacţii chi-mice din organism. Se cunosccirca 2000 de fermenţi

Component al membranelorcelulare, al unor organite şi alstructurilor de sprijin

Proteine contractile

Proteine de trans-port

Proteine alimentare

Proteine protectoare

Asigură deplasarea celulelor,componenţilor intracelulari

Leagă şi transportă moleculespecifice şi ionii dintr-un organîn altul

Alimentează embrionul la sta-diile timpurii şi depozitează sub-stanţe biologic active

Apără organismul de pătrun-derea altor organisme şi devătămare

Proteine reglatoare(hormonii)

Participă la reglarea activităţiicelulei şi organismului

Amilaza scindează amidonulpână la glucoza; lipaza scin-dează grăsimile

Colagenul din componenţacartilajelor şi a tendoanelor,elastina ţesutului conjunctiv,cheratina părului şi a unghiilor

Actina şi miozina din fibrelemusculare

Hemoglobina transportă oxi-genul, albumina de coagulare- acizii graşi

Cazeina laptelui, oferitina caredepozitează fierul în splină

Anticorpii produşi de limfociteblochează antigenii străini, fib-rinogenul şi trombina previnpierderile masive de sânge

Insulina reglează metabolismulglucozei, hormonul de creşterereglează creşterea organis-melor

45

Page 46: Biologie XII

2

o

grupaamină

H—-(MO» 9rupaP V carhnxncarboxilă

catena laterală

aminoacidul alanina

alanină

H.H

Uzinăacid

glutamic valinăacid

glutamic

peptidică

structura liniară a proteinei

Unitatea structurală şi func-ţională a lumii vii nu excludeindividualitatea fiecărei fiinţedupă parametrii morfologici,fiziologici şi biochimici. Dupăcum aţi văzut din tab. 1.4,practic toate însuşirile celule-lor şi ale organismului în an-samblu sunt determinate deproteine. De aceea accentul încăutarea bazelor materiale aleindividualităţii organismelor afost pus pe studierea compo-ziţiei proteice a organismelor.Cercetările au arătat că pentrufiecare organism este specificun anumit set de proteine.

Practic nu au fost găsite două organisme de aceeaşi specie, doi oameni, cu excepţiagemenilor univitelini, la care toate proteinele să fie identice. Presupunerea că anumeproteinele sunt baza materială a individualităţii organismelor s-a dovedit a fi justă.

structura spaţială]

fibnlară

0globulară

Fig. 1.47. Schema structurii unei molecule proteice.

Amintiţi-vă după fig. 1.47-1.48 alcătuirea unei molecule de proteină şia ADN-ului.

unfragment

al uneicatene• de

•)ADN

• moleculei deADN

Codul genetic. După cum ştiţi, sinteza proteinelor are loc în ribozomi cuparticiparea ARNm din aminoacizii aflaţi în citoplasmă. Observările au arătat căordinea legării aminoacizilor într-o nouă moleculă depinde de succesiuneanucleotidelor în molecula de ARNm. Astfel, fiecare aminoacid este codificat de o

îmbinare din trei nucleotide aleun fragment al , , • , A TI-KT

moleculei de ARNm, numitacodon. Fiecare aminoacid poatefi codificat de mai mulţi co-doni, un codon însă poate co-difica numai un aminoacid.întrucât ARNm este o copiefidelă a unui anumit sector almoleculei de ADN, putem afir-ma că informaţia despre ordi-nea legării aminoacizilor înmoleculele proteice se păst-

Fig. 1.48. Schema simplificată a moleculei de ADN. r e a z ă în molecula de ADN în46

un dezoxiribonucleotid

4p dezoxiriboza

0 0 moleculăde acid fosforic

I B| bază azotată

patru baze azotate

adenină guanină tinină titozină

complementaritatea bazelor

Page 47: Biologie XII

ordinea succesiunii tripletelor de nucleotide. Acest mod de cifrare a informaţieiereditare a fost numit cod genetic (tab. 1.5). Primul "cuvânt" al codului genetic afost descoperit în 1961 de cercetătorul american M. Nirenberg. Sensul celorlalţi 63 decodoni a fost descifrat în următorii cinci ani. Codul genetic cuprinde 64 de codoane,dintre care 61 codifică anumiţi aminoacizi, iar 3 (UAA, UAG şi UGA) - sfârşitulsintezei (stop-codon sau codon nonsens). Un codon - AUG - determină începutulsintezei şi este numit codon de start. Descifrarea codului genetic este una din celemai grandioase realizări ale ştiinţei moderne. Principalele caracteristici ale coduluigenetic sunt următoarele:

• caracterul tripletic;• caracterul univoc - fiecare codon cifrează numai un aminoacid;• lipsa virgulelor - între codoane nu există spaţii;• nesuprapunerea codonilor - unul şi acelaşi nucleotid nu poate face parte din

codoanele vecine;• universalitatea — aceleaşi codoane codifică aceiaşi aminoacizi la toate

organismele vii.Sectorul de ADN ce conţine informaţia despre alcătuirea unei molecule de proteină

reprezintă unitatea structurală a informaţiei ereditare, pentru care în 1909 W. Iohann-Xsen a propus noţiunea de genă (fig. 1.49). La eucariote informaţia ereditară estecodificată de circa 300 000 de gene. Numărul nucleotidelor din componenţa fiecăreia

CODUL GENETIC (DUPĂ F. CRICK, 1966)

A DOUA BAZA

Tabelul 1.5

A TREIABAZĂ

G

FenilalaninăFenilalaninăLeucinăLeucină

LeucinăLeucinăLeucinăLeucină

SerinăSerinăSerinăSerină

PralinăPralinăPralinăPralină

TirozinăTirozinăNon-sensNon-sens

HistidinăHistidinăGlutaminăGlutamină

CisteinăCisteinăNon-sensTriptofan

ArgininăArgininăArgininăArginină

UcAG

UCAG

A

G

IzoleucinăIzoleucinăIzoleucinăMetionină

ValinăValinăValinăValină

TreoninăTreoninăTreoninăTreonină

AlaninăAlaninăAlaninăAlanină

AsparaginăAsparaginăLizinăLizină

Acid asparticAcid asparticAcid glutamicAcid glutamic

SerinăSerinăArgininăArginină

GlicinăGlicinăGlicinăGlicină

UCAG

UCAG

47

Page 48: Biologie XII

*k

genă

este variabil şi oscilează în limi-te mari: de la 500 până la 1500.Deoarece sediul ADN-ului încelulă sunt cromozomii, fiecaregenă îşi are locul său într-unanume cromozom. Realizareainformaţiei ereditare în cadrulcelulei este posibilă datorită pro-ceselor de replicare a ADN-uluişi de biosinteză a proteinelor. Săanalizăm în continuare acestedouă procese de importanţă vi-tală.

Fig. 1.49. Localizarea genei m celulă.

2, REPLICAREA ADN-ului

La studierea mitozei aţi putut constata că diviziunea celulei este anticipată dereplicarea, adică de autodublarea moleculelor de ADN. întrucât cele două moleculede ADN nou formate sunt o copie fidelă a moleculei-mamă, informaţia ereditarăconţinută în celula-mamă se transmite celulelor-fiice. Replicarea ADN-ului începeprin ruperea sub acţiunea unei enzime a legăturilor de hidrogen dintre bazele azotateale celor două catene. în continuare, în dreptul fiecărei catene din nucleotideleaflate liber în carioplasmă, după principiul complementarităţii (nucleotidul A estecomplementar nucleotidului T, iar nucleotidul C - nucleotidului G), se sintetizeazăo nouă catena. Astfel, fiecare catena serveşte ca matrice pentru o nouă catenacomplementară. în fiecare din cele două molecule de ADN nou formate, una dincatene provine de la molecula-mamă, iar cealaltă este sintetizată din nou. Acesttip de replicare a moleculelorde ADN este numit semi-conservativ (fîg. 1.50). Par-ticularitatea distinctivă areplicării ADN-ului este pre-cizia ei înaltă. Dacă totuşi întimpul replicării din anumitemotive s-a încălcat consecu-tivitatea nucleotidelor, în majo-ritatea cazurilor leziunea seînlătură de sine stătător. Acestproces, numit reparaţie, de-curge astfel. Sectorul afectat alcatenei este "tăiat" cu ajutorulunei enzime speciale. Apoi oaltă enzimă copiază informaţia Fig. 1.50. Mecanismul replicării ADN-ului.

48

Page 49: Biologie XII

de pe catena intactă, înlocuind în catena afectată nucleotidele necesare. Altă enzima f ™ * ""coase" noul fragment la locul respectiv: molecula este reparată. Uneori însă ,reparaţia nu este calitativă şi apar mutaţii. Reproducerea lor în generaţiile următoare >de celule duce la diferite patologii.

r

3. BIOSINTEZA PROTEINELOR 3=

Amintiţi-vă tipurile de ARN şi funcţiile lor în celulă.

Transcripţia. "Fabricile" de sinteză a proteinelor - ribozomii - sunt amplasaţiîn citoplasmă, iar planul de structură al acestora - ADN-ul - în nucleu. Deci,pentru transmiterea informaţiei ereditare de la ADN la ribozomi este nevoie deun mediator. Acest rol îl exercită ARNm care se sintetizează pe una din catenelede ADN după acelaşi principiu al complementarităţii. Acest proces a fost numittranscripţie (fig. 1.51).

Transcripţia nu are loc concomitent pe toată molecula de ADN, ci doar pesectorul acesteia care corespunde unei anumite gene. Enzima ARN-polimeraza sefixează la molecula de ADN la nivelul codonului-promotor de la care trebuie săse înceapă sinteza ARNm. Cu participarea acestei enzime are loc despiralizareamoleculei de ADN şi ruperea legăturilor de hidrogen dintre cele două catene. Peuna din catene şi începe sinteza ARNm din nucleotidele aflate liber în carioplasmă.Aceasta va continua până când enzima nu va întâlni codonul-terminator almoleculei de ADN care semnalează încheierea sintezei: gena - fragmentul deADN ce codifică sinteza unei anumite proteine - a fost copiată.

Concomitent se pot transcrie mai multe gene de pe aceeaşi moleculă de ADNsau mai multe gene de pe diferite molecule de ADN. Trecând prin porii membraneinucleare, ARNm se îndreaptă spre ribozomi, unde şi are loc sinteza proteinelor.

De pe anumite sectoare ale moleculei de ADN, cu participarea fermenţilor areloc şi sinteza celorlalte tipuri de ARN - de transport şi ribozomal.

Transportarea aminoacizilor spre ribozomi. Pentru sinteza proteinelor suntlecesari aminoacizi. Aceştia se află în stare liberă în citoplasmă şi rezultă dindegradarea proteinelor conţinute în hrană. Transportarea lor spre ribozomi este

moleculă de ARNm înjormare nucleotide

moleculă de ADN

moleculă de ARNm formată

Fig. 1.51. Transcripţia moleculei de ARNra pe un fragment al moleculei de ADN.nogie, ci. a XII-a

49

Page 50: Biologie XII

1locul de fixare a

aminoacidului

~anticodon

Fig. 1.52. Alcătuirea moleculei deARN,.

asigurată de ARNt. Realizarea acestei funcţii sedatorează structurii specifice a acestui tip de acidnucleic {fig. 1.52). După formă el aminteşte o„frunză de trifoi" în vârful căreia se află treinucleotide complementare nucleotidelor unuianumit codon a ARNm. Aceste nucleotideformează anticodonul de care depinde careaminoacid se va fixa de „peţiolul frunzei". încitoplasmă sunt cam atâtea tipuri de moleculede ARNt, câte tipuri de codoane codifică ami-noacizii.

Translaţia este procesul prin intermediul căruia informaţia ereditară, codificatăîn ordinea nucleotidelor în molecula de ARNm, se transmite în succesiuneaaminoacizilor în molecula de proteină. Translaţia este anticipată de fixareamoleculei de ARNm de unul sau mai mulţi ribozomi. "Citirea" informaţiei de peARNm începe de la codonul - AUG (fig. 1.55). De codonul ARNm, aflat în momentuldat în ribozom, se apropie ARNt. Dacă anticodonul său corespunde codonuluiARNm, aminoacidul adus de acesta va ocupa prima poziţie în viitoarea moleculăde proteină. în caz dacă anticodonul nu corespunde codonului ARNm, ARNt datpărăseşte ribozomul, cedând locul altui transportator. După ce primul ammoacid afost găsit, molecula de ARNm se deplasează prin ribozom cu un codon şi se reţinela acest nivel până când este găsit al doilea ammoacid. între primul şi al doileaaminoacid se formează legătura peptidică. întrucât această legătură este maiputernică decât legătura dintre ARNt şi aminoacid, ARNt cedează aminoacidul şiporneşte după un altul. Procesul se repetă până când nu este citită toată informaţiade pe ARNm, adică până nu este sintetizată proteina dată (fig. 1.53—1.57).

ribozom

Creticul endoplasmatic

granular

Fig. 1.53. Reprezentarea schematică a "participanţilor" la procesul de biosinteză a proteinelor.

50

Page 51: Biologie XII

direcţia deplasării ribozomilor

U C C G U U U U U

Fig. 1.54. începerea "citirii" informaţiei de pe ARNm.

A U G U C C N G U U U U UI i i

Fig. 1.56. Ruperea legăturii dintre ARNt şi aminoacidul transportat.

aminoacizi

o

ARNm

Fig. 1.55. Formarea legăturii peptidice între doi aminoacizi.

proteinaformată

i

• i I I I I i I I i

începutul "citirii"

Fig. 1.57. "Citirea" ARNm de către mai mulţi ribozomi.

staţia "terminus"

51

Page 52: Biologie XII

în formă generalizată cele expuse în cadrul acestei teme se pot reprezentaschematic astfel (fig. 1.58):

2CU

&COIJO

JUI

ADN-T

CGT

-T

T

C

-T

-c-G

CTCC

A--]G-

l\i\c " iGG - •

*"1GG J

ARN

triplet cG-0 - ,U-

u J

codon

catena peptidică

ftranscripţie ! translaţie I

_

enzime

proteine destructură

proteine detransport

proteine desemnalizare

ammoacizialimente

Fig. 1.58. Realizarea informaţiei ereditare în celulă.

în 1950 a fost formulată dogma centrală a geneticii: în celulă informaţia circulăde la ADN la ARN şi apoi la proteină şi nicidecum în sens invers.

Prin urmare, rolul acizilor nucleici în biosinteza proteinelor constă, în primulrând, în traducerea informaţiei genetice codificată sub formă de succesiune anucleotidelor ADN-ului în structura moleculei de ARNm, în al doilea rând, însinteza în baza ARNm a proteinelor din aminoacizi. Primul proces are loc în nucleu,iar al doilea - în citoplasmă. Toate etapele biosintezei proteinelor sunt catalizatede fermenţi şi aprovizionate cu energie pe contul scindării ATP. Proteinelesintetizate trec în canalele reticulului endoplasmatic, unde are loc maturizarea lor.Sinteza moleculelor proteice are loc continuu cu o viteză destul de mare: timp deun minut se sintetizează de la 50 până la 60 mii de legături peptidice. Sinteza uneimolecule proteice durează circa 2>-^ s. Jumătate din proteinele corpului omenesc(în total se conţin 17 kg) se înoiesc timp de 80 de zile. Pe durata vieţii conţinutulde proteine se reînoieşte de 200 de ori.

Ttatct.Cercetările de ultimă oră au demonstrat că există virusuri care posedă

capacitatea de a transmite informaţia genetică de la ARN la ADN.

•PM

52

Page 53: Biologie XII

1. Definiţi noţiunea de genă, genotip, cariotip.

2. Enumeraţi substanţele organice din componenţa organismelor vii.

3. De ce proteinele sunt baza materială a individualităţii organismelor?

4. Analizaţi funcţiile de bază ale proteinelor în organismele vii.

5. Explicaţi prin schemă procesul de replicare a ADN-ului.

6. Analizaţi mecanismul reparaţiei ADN-ului.

7. Explicaţi esenţa şi mecanismul transcripţiei.

8. Descrieţi mecanismul decodificării informaţiei prin codul genetic.

9. Analizaţi proprietăţile codului genetic.

10. Alcătuiţi o schemă ce ar reprezenta translaţia.

11. Analizaţi schema: ADN -* ARH -»proteină -» caracter.

12. Alcătuiţi un eseu la tema: "Factorii nocivi şi biosinteza proteinelor*',

13. Selectaţi răspunsurile corecte:1. Baze azotate purinice sunt: 2. ADN-ul inelar este prezent în:

a) adenina şi citozina; a)plastide;b) adenina şi timidina; fa>) mitocondrii;c) adenina şi uracilul; c) nucleu;d) guanina şi adenina d) celulele procariote.

3. ADN-ula) este prezent în toate celulele eucariotelor;b) prezintă un polinucleotid;c) nucleotidul conţine glucidul riboza;d) conţine bazele azotate adenina, guanina, citozina şi uracilul.

14. Asociaţi noţiunile din coloana A cu cele din coloana B,

/. transcripţie 1. Descifrarea informaţiei din molecula de ADN//. translaţie despre sinteza proteinelor.///. cod genetic 2. Sinteza unei molecule de ARN pe un sector alIV. codon de start moleculei de ADN.V: ARN ribozomal 3. intra în compoziţia ribozomilor.

4. Citirea informaţiei de pe ARNm.5. Determină începutul sintezei proteinei.6. Are loc în nucleu.7. Are loc în citoplasmă.

15. Polipeptidui este alcătuit din următorii aminoacizi:vaiină - glicină -Uzină - alanină - triptofan - vaiînă - serină. Determinaţi structura segmentuluide ADN care codifică acest poiîpeptid.

53

Page 54: Biologie XII

o

3

tema,

6 ÎNCRUCIŞAREAMONOHIBRIDĂ

METODA HIBRIDOLOGICĂ DE ANALIZĂ A MOŞTENIRII CARACTERELOR 2 UNI-FORMITATEA HIBRIZILOR DE PRIMA GENERAŢIE 3 SEGREGAREA CARACTE-RELOR LA HIBRIZII DIN GENERAŢIA A DOUA. LEGEA A DOUA A LUI G. MENDEL4 BAZELE CITOLOGICE ALE ÎNCRUCIŞĂRII MONOHIBRIDE 5 ÎNCRUCIŞAREADE ANALIZĂ 6 DOMINANŢA INCOMPLETĂ 7 CONDIŢIILE NECESARE PENTRUMANIFESTAREA LEGII SEGREGĂRII 8 PARTICULARITĂŢILE MOŞTENIRII CARAC-TERELOR ÎN TIPURILE NEREGULATE DE ÎNMULŢIRE SEXUATĂ

1. METODA HIBRIDOLOGICĂ DE ANALIZĂ A MOŞTENIRII CARACTERELOR

Meritul în descoperirea legităţilor moştenirii caracterelor aparţine naturalistuluiceh G. Mendel (fig. 1.60). Descoperirile sale au fost facilitate de succeseleînregistrate la moment de ştiinţa biologică. Printre acestea pot fi menţionatecercetarea experimentală de către predecesorii săi a moştenirii caracterelor laîncrucişarea diferitelor forme de animale şi plante şi stabilirea unei anumite

Fig. 1.59. Te-renul experi-mental pe careau fost descope-rite legităţileereditarii.

54

Page 55: Biologie XII

c

Fig. 1.60.G. Mendel.

Gregor lohann Mendel, naturalist ceh, s-a născut la 22 iulie 1822într-o familie de ţărani. A absolvit gimnaziul, apoi cursurile de doi ani defilozofie, dar din cauza situaţiei materiale precare a familiei a fost nevoitsă abandoneze studiile. în 1843 se înscrie ca posluşnic la mănăstireadin Brno. întrucât dorinţa de a-şi continua studiile nu-l părăsea, în 1851 ~~este trimis la universitatea de la Viena. Şi lucrul straniu, n-a reuşit la ^examenul de biologie: deşi cunoştea la perfecţie botanica, zoologiaera pentru el un tărâm necunoscut. S-a întors la mănăstire, unde a -"continuat să se ocupe de pomicultură, obţinând pentru experimenteun teren de 35 x 7 m (fig. 1.59) pe care a şi descoperit legilefundamentale ale ereditarii. Mai întâi timp de 2 ani a verificat cumiticulozitate puritatea liniilor alese pentru încrucişare şi numai dupăaceasta a început să le încrucişeze, obţinând hibrizi. în 1854 a semănatprimele boabe de mazăre şi timp de 8 ani a urmărit cum se moştenesccele 7 caractere alese de el. Cu acest scop pentru fiecare plantă aîntocmit o fişă aparte (în total 10 000 de fişe), unde nota manifestareacaracterelor selectate.

La 8 februarie 1865 G. Mendel a făcut cunoscute rezultatelecercetărilor sale la şedinţa naturaliştilor din Brno. Spre mirarea lui, celecomunicate de el au fost întâlnite cu o tăcere absolută. Deşi referatula fost publicat şi a ajuns în 120 de biblioteci ştiinţifice din Europa şiAmerica, doar în trei din ele a fost citit. Rezultatele cercetărilor IulG. Mendel au fost apreciate abia peste 35 de ani, când au fostredescoperite de alţi savanţi.

asemănări dintre părinţi şi descendenţi. întrucât ei urmăreau moştenirea conco-mitentă a mai multor caractere, ignorând evidenţa cantitativă a fiecăruia, rezultateleobţinute nu puteau fi sistematizate. G. Mendel a depăşit neajunsurile cercetărilorpredecesorilor săi. Utilizând metoda hibridologică şi ducând evidenţa cantitativăa fiecărui caracter în parte, el a obţinut rezultate care reflectau legităţile moşteniriicaracterelor.

Succesul cercetărilor lui G. Mendel se datorează, în primul rând, alegerii reuşitea obiectului de cercetare - mazărea (fig. 1.61). Mazărea prezintă un şir de avantaje,printre care pot fi enumerate autopolenizarea ce asigură transmiterea exactă a caracte-relor din generaţie în generaţie;diversitatea impunătoare deforme şi soiuri care se deosebescdupă un şir de caractere dis-tincte; posibilitatea încrucişăriiartificiale cu obţinerea de des-cendenţi fecunzi; lipsa prob-lemelor tehnologice serioase decultivare. în al doilea rând,G. Mendel a respectat strict re- Fig.1.61. Alcătuirea florii şi a fructului de mazăre.

55

petală

Page 56: Biologie XII

1

—1

O

gulile impuse de metoda hibridologică. Astăzi ele sunt considerate esenţiale încercetările genetice şi se formulează astfel:

• planificarea minuţioasă a experimentelor;• respectarea strictă a tuturor cerinţelor de efectuare a experimentelor;• încrucişarea formelor parientale care se deosebesc după unul sau mai multe

caractere alternative;• efectuarea experimentelor preliminare pentru stabilirea constanţei

caracterelor studiate în limitele formelor parientale;• cercetarea moştenirii caracterelor pe parcursul mai multor generaţii;• evidenţa strictă a urmaşilor fiecărui individ;• obţinerea unui număr de date care ar permite analiza statistică a rezultatelor.

2, UNIFORMITATEA HIBRIZILOR DE PRIMA GENERAŢIE

G. Mendel a început studierea moştenirii caracterelor cu încrucişareamonohibridă - încrucişarea formelor parientale care se deosebesc după o singurăpereche de caractere alternative (tab. 1.6). Să urmărim moştenirea unuia din aceste

Tabelul 1.6

PERECHILE DE CARACTERE ALE MAZĂRII STUDIATE DE G. MENDEL

1 Culoarea florii şi a tegumentului bobului

roşie verde albă alb

2. înălţimea

pitică malta

3. Aşezarea fiorilor

terminala axială

4 Forma păstăii 5_Culoarea păstăii nemature

rugoasă netedă verde galbenă

5 Forma bobului 7.

neted rugos

Culoarea bobului

verde

Ogalben

56

Page 57: Biologie XII

roşie albă

Fig. 1.62, Tehnica efectuării polenizăriiîncrucişate.

Fig. 1.63. Uniformitatea primei generaţiide hibrizi.

caractere - culoarea florilor. Unul din soiurile alese avea flori roşii, iar celălaltalbe. Pentru a încrucişa aceste soiuri, G. Mendel a înlăturat anterele florilor planteimaterne (cu flori roşii) înainte de maturizare (fig. 1.62) şi totodată a izolat floareaîntr-o pungă pentru a preveni polenizarea cu polenul altor flori decât cele albe.Când pistilul a ajuns la maturitate, a fost adus pe stigmatul lui polen recoltat de pe

I anterele florilor albe. Astfel el a obţinut seminţe hibride. în anul următor din eleau crescut hibrizi de prima generaţie care aveau toţi flori roşii (fig. 1.63). Caracterul,

I care s-a manifestat la hibrizii de prima generaţie (culoarea roşie a florilor), a fostnumit dominant, iar caracterul celuilalt părinte, care este anihilat - recesiv.

în baza rezultatelor obţinute G. Mendel a fommlatprincipiul sau regula dominanţei\sau uniformităţii hibrizilor din prima generaţie care se formulează astfel: la încrucişareaI indivizilor care se deosebesc după o pereche de caractere alternative toţi hibrizii de\prima generaţie moştenesc caracterul dominant.

Urmărind manifestarea celorlalte perechi de caractere alternative la hibrizii dena generaţie, G. Mendel a determinat caracterele dominante ale mazării:

vloarea roşie a florilor, suprafaţa netedă şi culoarea galbenă a boabelor, formanaltă a tulpinilor, culoarea verde a păstăilor.

OFT""

<

G

Ţinând cont de aportul deosebit al lui G. Mendel în dezvoltarea gene-ticii, principiul uniformităţii hibrizilor deprima generaţie a fost ridicat la rangulde lege. întrucât uniformitatea hibrizilor deprima generaţie nu este absolută,inregistrându-se şi unele abateri, această opinie nu este unanim acceptată.

57

Page 58: Biologie XII

1ID

O

V

3. SEGREGAREA CARACTERELOR LA HIBRIZIILEGEA A DOUA A LUI G. MENDEL

DIN GENERAŢIA A DOUA.

Fig. 1.64. Segregarea caracterelor Ia hibrizii din gene-raţia a doua.

Efectuând autopolenizareaplantelor crescute din seminţelehibrizilor de prima generaţie,G. Mendel a obţinut boabelegeneraţiei a doua de hibrizi. Inanul următor din aceste seminţeau crescut, pe lângă plante cuflori roşii, şi plante cu flori albe(fig. 1.64). Analiza statistică arezultatelor obţinute a arătat că3/4 din plante aveau flori roşii şi1/4 - flori albe. Prin urmare,raportul numeric dintre indiviziicu caractere dominante şi

recesive s-a dovedit a fi de 3:1. Aceleaşi rezultate s-au obţinut şi la studierea moşteniriiîn generaţia a doua şi a altor caractere. De exemplu, la studierea moştenirii în generaţiaa doua a formei boabelor (netede sau rugoase), de la 253 de plante hibride de primageneraţie în a doua s-au obţinut 7 324 de boabe, din care 5 474 netede şi 1 850 -rugoase. Boabele de formă diferită se întâlneau pe aceiaşi plantă şi chiar în aceiaşipăstaie. Generalizând rezultatele obţinute, G. Mendel a formulat legea segregării:la încrucişarea hibrizilor din prima generaţie între ei în generaţia a doua are locsegregarea descendenţei după caracterul studiat în raport de 3:1. Astăzi ea estecunoscută ca legea a doua a lui G. Mendel. Rezultate analoage au fost obţinute şiîn cazul animalelor. în 1902 W. Bateson a publicat o informaţie unde enumeracirca 100 de caractere la plante şi tot atâtea la animale, moştenirea cărora se supunelegii segregării.

Pentru cercetarea moştenirii caracterelor hibrizilor din generaţia a doua înurmătoarele G. Mendel a efectuat autopolenizarea lor. Plantele crescute dinseminţele plantelor cu flori albe aveau flori albe. 1/3 din plantele crescute dinseminţele plantelor cu flori roşii aveau flori albe, iar 2/3 - roşii. Ulterior indiviziicare în generaţiile următoare nu dau segregare au fost numiţi homozigoţi (de la gr.homo - la fel, zygota - ovul fecundat), iar cei printre urmaşii cărora se atestăsegregarea - heterozigoţi (de la gr. hetero - diferit).

4. BAZELE CITOLOGICE ALE ÎNCRUCIŞĂRII MONOHIBRIDE

Pentru explicarea rezultatelor experimentelor sale, G. Mendel a presupus cădezvoltarea fiecărui caracter se datorează unui factor ereditar. Acesta, după părereasa, este prezent în celulă sub formă de pereche, unul fiind moştenit de la mamă,

58

Page 59: Biologie XII

ir celălalt - de la tată. Natura reală a factorului ereditar, a caracterului său perechei purtătorul material al acestuia au rămas pentru el necunoscute. Succeselelterioare ale ştiinţei genetice au confirmat presupunerile lui G Mendel şi au făcutosibilă explicarea rezultatelor experimentelor sale de pe poziţii ştiinţifice.

Astfel, pornind de la ideea verificării rezultatelor obţinute de G. Mendel înazul monohibridării, savantul american T. Morgan a încrucişat drozofîle cu corp Ori cu cele ce aveau corp negru. Toate musculiţele hibride din prima generaţie\ eau corp gri. La încrucişarea hibrizilor între ei, în a doua generaţie s-a obţinutegregarea descendenţei după culoarea corpului în raport de 3:1. Trei părţi dinrmaşi aveau corp de culoare gri şi o treime - corp negru. Rezultatele obţinute auonfirmat justeţea celor stabilite de G. Mendel. Pentru a explica rezultatelenregistrate, T. Morgan a presupus că factorii ereditari (genele) sunt localizaţi înromozomi unde ocupă un anumit loc. întrucât cromozomii sunt pereche, fiecareactor ereditar îşi are perechea sa în celălalt cromozom omolog al perechii dateînde ocupă un loc identic. Ţinând cont de comportarea cromozomilor în meiozăi fecundaţie, rezultatele monohibridării devin clare.

T) Amintiţi-vă comportarea cromozomilor în meioză şi la fecundaţie.

în 1910 T. Morgan şi discipolii săi, în baza rezultatelor experimentelor efectuate,formulat teoria cromozomială a eredităţii: transmiterea informaţiei ereditare

te legată de cromozomi unde liniar, într-o anumită consecutivitate, sunt amplasaţi:torii ereditari (genele).Pentru o înţelegere mai profundă a mecanismelor transmiterii caracterelor înîl hibridizării se foloseşte reprezentarea schematică a încrucişărilor în baza

ibolicii genetice.

Simbolica geneticăP -părinţi (prima literă a cuvântului latin parenta -părinţi);2 - individ de sex feminin (oglinda Venerei);z - individ de sex masculin (scutul şi săgeţile lui Marte);X - semnul încrucişării;G - gârneţi;A -factorul ereditar (gena) responsabil de caracterul dominant;a -factorul ereditar (gena) responsabil de caracterul recesiv;Fj, Fp F3,... Fn - respectiv prima, a doua, a treia şi a n generaţie filială.Schematic încrucişarea monohibridă efectuată de T. Morgan este prezentată pe

f. 1.64. Unul din părinţi, în cazul dat femela, poartă gena dominantă^ (culoarea. iar celălalt (masculul) - gena recesivă (culoarea neagră) aa. La maturizarea

neţilor, femela va forma un singur tip de ovule ce vor purta gena dominantă^,r masculul un singur tip de spermatozoizi cu gena recesivă a. La fecundaţie are

c restabilirea garniturii diploide: un cromozom provine de la mamă, iar celălalt

59

Page 60: Biologie XII

_ 1

ocorp

negru

genotipul

gârneţii

A Separarea~ cromozomilor în

meioză

100%

Simbolurile

100%

fecundare

F 100% de1 musculiţe gri

fenotipul genotipul

fenotipul

genotipul

Separareacromozomilor în

meioză

50% V H ^ 50%

geneleculorii

corpului

aleladominantă

MA

alelarecesivă

m a

gârneţi

50%

50%

50% (A

25%

25%

50% { Wa

25%

25%

Grilajul Punnet

Fig. 1.65. Schema întrucişării monohibride efectuate de T. Morgan.

60

Page 61: Biologie XII

G51

© ©

©

7.66. Bazele citologice ale încrucişării monohibride efectuate de G. Mendel.

la tată. Deci, hibrizii de prima generaţie sunt purtători atât ai genei dominante,: şi ai celei recesive. Evident că se va manifesta gena dominantă. Hibrizii din Fl

>r forma două tipuri de gârneţi în proporţie egală: 50% de gârneţi vor purta gena)minantă şi 50% - gena recesivă. La încrucişarea hibrizilor din F! între ei ambelepuri de gârneţi se unesc cu aceeaşi probabilitate, ceea ce explică reapariţia printrescendenţii generaţiei a doua a indivizilor cu caracter recesiv - corp negru, care:ătuiesc 1/4 din numărul total de urmaşi.Grilajul Punnet. Pentru a facilita determinarea îmbinărilor posibile de gameţi,

sneticianul englez R. Punnet a propus în 1905 ca notările să se facă sub formă deilaj, care astăzi îi poartă numele. Pe orizontala grilajului se notează gârneţiiiterni, iar pe verticală - cei materni. în pătrăţelele formate la intersecţia liniilorizontale cu cele verticale se înscriu variantele îmbinărilor corespunzătoareţi.65).

Explicaţi după fig. 1.66 cauzele uniformităţii hibrizilor din F1 şi alesegregării în F2 la încrucişarea monohibridă efectuată de G. Mendel.

Regula purităţii gârneţilor. Apariţia printre descendenţii din F2 a indivizilorcaracter recesiv este o dovadă a faptului că hibrizii din Fi formează gameţii: fiecare gamet poartă doar una din cele două gene (sau pe cea dominantă, sau

61

Page 62: Biologie XII

pe cea recesivă). Neamestecarea genelor, care determină caractere alternative (florir^ roşii - flori albe, corp gri - corp negru), în gârneţii hibrizilor este numită regulaZi purităţii gârneţilor şi a fost formulată pentru prima dată de W. Bateson. La baza^ acestui fenomen stă mecanismul separării cromozomilor omologi în mitoză şi meioză.

Pornind de la regula purităţii gârneţilor, homozigoţii pot fi definiţi ca indivizi ce formeazăun singur tip de gârneţi. De aceea printre descendenţii acestora, rezultaţi din autopolenizaresau din încrucişarea cu indivizi identici, nu are loc segregarea. în hibridizările examinate formeleparientale sunt homozigote: cea maternă după gena dominantă^ (flori roşii, corp gri), iar ceapaternă - după gena recesivă a (flori albe, corp negru). Heterozigoţii formează două tipuri degameţi, de aceea printre descendenţii lor are loc segregarea. Hibrizii din F, din ambele încrucişărimonohibride analizate sunt heterozigoţi, deoarece formează două tipuri de gameţi.

Genele alele. După cum ştiţi deja din teoria cromozomială a eredităţii, genelesunt localizate în cromozomi unde ocupă anumite sectoare, numite loci. întrucâtîn celulele somatice ale organismelor diploide cromozomii sunt perechi, fiecaregenă are dublorul său în cromozomul omolog. Acesta ocupă acelaşi sector încromozomul omolog şi este responsabil de dezvoltarea aceluiaşi caracter. Perecheade gene care controlează dezvoltarea aceluiaşi caracter şi sunt situate în loci identiciai cromozomilor omologi au fost numite de W. Johansen gene alelimorfe (de la gr.allelos - reciproc şi morphe - formă) sau mai simplu alele. Rezultatele încrucişăriloranalizate până acum arată că cromozomii omologi pot purta alele identice, ca încazul homozigoţilor (AA, aa), sau diferite, ca la heterozigoţi (Aa).

Fenotipul şi genotipul. Totalitatea genelor unui organism formează genotipul lui,iar totalitatea caracterelor lui, începând cu cele exterioare şi terminând cu particularităţilestructurale şi funcţionale -fenotipul. Fenotipul este rezultatul interacţiunii genotipuluicu condiţiile de mediu. Organismele fenotipic identice pot avea genotipuri diferite. Deexemplu, 3/4 din hibrizii din F2 fenotipic sunt identici - au flori roşii. Genotipic însăsunt diferiţi: 1 /3 sunt homozigoţi AA, iar 2/3 - heterozigoţi Aa. Adică segregarea dupăfenotip în F2 este de 3:1, iar după genotip de 1:2:1.

Stabiliţi după fig. 1.65 segregarea după genotip şi fenotip

încrucişările reciproce. în exemplul cu mazărea, purtător al caracteruluidominant era planta maternă, iar al celui recesiv - cea paternă. Este firesc să văpuneţi întrebarea dacă se va schimba caracterul segregării în caz de inversare asituaţiei: caracterul dominant să fie adus de tată, iar cel recesiv - de mamă. Experi-mentele au arătat că în majoritatea cazurilor se obţin aceleaşi rezultate: dominanţaîn F! şi segregarea în F2. Prin urmare, moştenirea caracterelor determinate de gene

62

Page 63: Biologie XII

localizate în autozomi nu depinde de faptul care dintre părinţi este purtătorulcaracterului dominant.

Perechea de încrucişări în care organismele cu caracter dominant şi recesivsunt folosite şi ca plante materne, şi ca plante paterne prezintă încrucişărireciproce. Una din ele este considerată directă: 9AA x âaa, iar cealaltă indirectă:

âAA.

OO-

Explicaţi rezultatele identice ale încrucişărilor reciproce reieşind dinmecanismul cromozomic de moştenire a caracterelor.

Retroîncrucişarea. în practică este folosită pe larg şi încrucişarea hibridului deprima generaţie cu una din formele parientale homozigotă după una din alele. Acesttip de încrucişare este definit ca retroîncrucişare sau back-cross şi se notează Fb.Importanţă deosebită în cercetările genetice prezintă încrucişarea hibridului din Fjcu forma părintească homozigotă după alela recesivă, numită încrucişare de analiză.

5. ÎNCRUCIŞAREA DE ANALIZĂ

V-aţi convins că manifes-tarea fenotipică a caracterelor nuîntotdeauna reflectă acelaşigenotip. De exemplu, culoarea P

roşie poate fi determinată dedouă genotipuri: AA şiAa. Pen-

I tru precizarea genotipului unui| anumit fenotip se efectuează^încrucişarea de analiză. Eaprevede încrucişarea indivizilor

j la care fenotipic se manifestăcaracterul dominant cu indivizi

I bomozigoţi recesivi. în exemp-hil ilustrat (fig. 1.67) plantele cumori roşii cu genotipul necunos-cut (AA sau Ad) au fost încru-fcişate cu plante cu flori albe -•omozigote recisive aa.

4 : 0 2:2Fig. 1.67. Schema încrucişării de analiză.

Stabiliţi după fig. 1.67 în care caz planta cu flori roşii poate fi consideratăhomozigotă şi în care heterozigotă.

Dacă în Fi toţi indivizii au flori roşii, atunci individul cercetat este homozigotlupă gena dominantă (AA). Segregarea descendenţilor din F[ după culoarea florilor

63

Page 64: Biologie XII

ocu

O

în raport de 1:1 dovedeşte că individul cercetateste heterozigot (Aa). Prin urmare, putemafirma că gârneţii recesivului homozigot anali-zează genotipul formei cu caracter dominant,dezvăluind raportul tipurilor de gârneţi formaţide heterozigot sau stabileşte homozigoţia for-mei dominante.

6. DOMINANŢA INCOMPLETĂ

Indivizii heterozigoţi după o genă oarecare(în exemplul cercetat mai sus după gena culoriipetalelor florii) poartă diferite alele ale acesteigene - alela culorii roşii (A) şi alela culoriialbe (a). Este logic să presupunem că fenotipulheterozigorului este rezultatul "luptei" dintreaceste două alele. întrucât la heterozigot semanifestă caracterul controlat de alela culoriiroşii, avem de a face cu o dominanţă completăa acestei alele asupra alelei culorii albe. înexemplul cu drozofila, alela culorii gri a corpu-lui domină complet asupra alelei culorii negre,în practică s-au înregistrat însă şi cazuri când

la urmaşi se manifestă un caracter intermediar. Să analizăm moştenirea culoriiflorilor la barba-împăratului {fig. 1.68). La încrucişarea plantelor cu flori roşii şiflori albe, toţi hibrizii din Fj aveau flori roze deoarece, în acest caz la heterozigotinteracţiunea alelei culorii roşii a petalelor cu alela culorii albe nu a fost victo-rioasă nici pentru una dintre ele.

Stabiliţi după grilajul Punnet din fig. 1.68 segregarea după genotip şifenotip în caz de dominanţă incompletă.

Apariţia la descendenţi a unui caracter situat intermediar faţă de cele două caractereparientale atestă faptul că nici una din genele care determină caracterul dat nu are odominanţă completă. Cele spuse sunt confirmate de rezultatele obţinute laautopolenizarea hibrizilor din F t. Deoarece 25% din descendenţii din F2 aveau floriroşii, 25% - flori albe şi 50% - flori roze, înseamnă că gena culorii roşii nu este nicidominantă, nici recesivă faţă de gena care determină culoarea albă a florilor. Acesttip de moştenire a caracterelor a fost numit dominanţă incompletă.

în cazul dominanţei incomplete segregarea după fenotip coincide cu cea dupăgenotip, deoarece heterozigoţii (Aa) se deosebesc fenotipic de homozigotii după aleladominantă (AA).

64

Fig. 1.68. Dominanţa incompletăla barba-împăratului.

Page 65: Biologie XII

TîataLa prima vedere rezultatele încrucişărilor în cazul dominanţei incomplete

par să contravină legilor mendeliene. La o analiză mai detaliată constatăm căele prezintă doar o abatere de la aceste legi, condiţionată de interacţiuneagenelor alele. Fenomenul de dominanţă incompletă este răspândit în natură,dar totuşi cazurile de dominanţă completă prevalează. Se cunosc şi alte tipuride interacţiune a genelor pe care le veţi studia în cadrul temei 8.

7. CONDIŢIILE NECESARE PENTRU MANIFESTAREA LEGII SEGREGĂRII

Experimentele efectuate pe diferite obiecte biologice au arătat că legea segregăriirespectă în următoarele condiţii:1. Formarea în proporţie egală de către hibrid a tuturor tipurilor posibile de

lameţi.2. Şanse egale de întâlnire lafecundaţie a tuturor tipurilor de gameţi.3. Vitalitatea egală a zigoţilor cu diferite genotipuri.4. Manifestarea deplină a caracterului indiferent de condiţiile mediului.Să analizăm pe exemple concrete caracterul segregării în caz de nerespectare a

fiecăreia din aceste condiţii.1. Modificarea segregării în cazul când hibridul formează diferite tipuri

de gameţi în proporţii inegale. La o varietate de porumb, o pereche de alele estej răspunzătoare de prezenţa pigmentului antocian în seminţe. Alela dominantă

sigură formarea de seminţe colorate, iar cea recesivă - necolorate. Cromozomiiiologi, pe care sunt aşezate aceste alele, la formarea grăuncioarelor de polen seDartizează normal, heterozigotul Aa formând două tipuri de grăuncioare de polen

i proporţie egală. în timpul macrosporogenezei, unul din cromozomii omologi în3% de cazuri nimereşte în macrospor, iar al doilea - în celula supusă degenerării.

1& urmare, 70% din oosfere vor purta gena dominantă şi 30% - gena recesivă sauriceversa. Introducând aceste date în grilajul Punnet, obţinem segregarea dupăenotip în F2 de 0,35 AA : 0,50

: 0,15 aa. Segregarea dupălotip s-a dovedit a fi de 0,35

0,15 sau aproximativ 6 : 1 .in urmare, dacă hibridul dinnu formează ambele tipuri de

imeţi în proporţie egală, caracterul segregării în F2 se modifică.2. Modificarea segregării în caz de combinare în proporţie inegală a gâ-

rneţilor la fecundare. Observările au arătat că coada scurtă la şoareci esteleterminată de gena dominantă^, iar cea de lungime normală - de alela recesivă.

încrucişarea femelelor heterozigote cu coadă scurtă Aa cu masculi cu coadă

0,3 a 0,15 Aa 0,15 aa

•wlogie, ci. a XII-a65

Page 66: Biologie XII

1

normală aa, 50% din descen-denţi aveau coadă scurtă şi 50%- coadă normală. La încru-cişarea reciprocă âAa x ? aa,cea mai mare parte din urmaşiaveau coadă normală (aa), şidoar un număr mic - coadăscurtă (Aa). Analiza citologicăa arătat că în spermatogenezăla masculii heterozigoti Aa nusunt dereglări: gârneţii ,4 şi a seformează în proporţie egală.Cauza abaterii de la segregareamendeliană s-a dovedit a fifecundaţia selectivă: ovululpurtător al alelei a mai frecventse uneşte cu spermatozoidul cepoartă alela a decât cu cel cepoartă alela A.

3. Modificarea segregăriiîn caz de viabilitate inegalăa zigoţilor. La sfârşitul anilor30 ai secolului trecut a fost

descoperită o nouă culoare a blănii la vulpe - cea platinată. La încrucişarea a doiindivizi cu astfel de blană în F, s-au obţinut două clase fenotipice - vulpi platina-te şi argintii - în raport de 2:1 (fig. 1.69, I). Pentru descifrarea abaterii de lasegregarea mendeliană s-a purces la stabilirea genotipului vulpilor platinate.Iniţial s-a presupus că acestea sunt homozigote după gena dominantă (AA), iarcele argintii - după gena recesivă (aa). în acest caz hibrizii din Fj ar trebui să fieheterozigoti şi să aibă blana platinată. în realitate s-a obţinut segregarea tipicăpentru încrucişarea de analiză de 1:1 (fig. 1.69, II).

Fig. 1.69. Moştenirea culorii platinate la vulpeapolară. I - încrucişarea vulpilor cu blană platinată întreele; II - încrucişarea de analiză.

Care, după părerea voastră, este genotipul vulpilor platinate?

Din segregarea obţinută reiese că vulpile platinate sunt heterozigote. Laîncrucişarea a doi indivizi heterozigoti ar trebui să se obţină segregarea după genotipde \AA : lAa : \aa, dar au rezultat doar două clase genotipice în raport de 2Aa : \aa.Formele homozigote AA nu se depistau. Explicaţia putea fi doar una: indivizii cuacest genotip pier la stadiul de embrion. Disecţia femelelor gestante a confirmataceastă presupunere. Cercetările ulterioare au arătat că alela dominantă ( 4), răspun-zătoare de culoarea platinată a blănii, controlează şi un defect ereditar recesiv care în

66

Page 67: Biologie XII

Aa Aa

50%25%

Fig. 1.70. Moştenirea culorii Ia şoareci în prezenţagenei letale.

stare homozigotă este incompatibilcu viaţa. Crescătorii de animale deblană, necunoscând caracterulmoştenirii acestei culori a blănii,pierdeau 25% din pui, încrucişândvulpile cu blană platinată între ele.

La plante se întâlnesc formealbinotice, lipsite de clorofilă. Deexemplu, la grâu culoarea verdeeste considerată caracter domi-nant, iar lipsa clorofilei - recesiv.La încrucişarea heterozigoţilorverzi întrei ei se obţin doar planteverzi, deoarece homozigotul rece-siv nu supravieţuieşte.

Aceeaşi abatere de la segregarea mendeliană a fost observată şi la încrucişareaa doi şoareci galbeni.

Explicaţi după fig. 1.70 rezultatele încrucişării a doi şoarec

Genele care provoacă moartea purtătorilor lor au fost numite letale. Ele pot fi atâtdominante, cât şi recesive, provocând în stare homozigotă moartea purtătorilor. în-trucât genele letale recesive în stare heterozigotă nu se manifestă ele se pot transmitela descendenţi. Omul este heterozigot în medie după 300 de gene letale recesive. Dreptexemplu de genă letală recesivă la om poate servi gena brahidactiliei (b) care în stareheterozigotă provoacă scurtarea falangelor degetului mijlociu. La homozigoţii după

(această genă (bb) se dezvoltă şi alte anomalii ale scheletului care duc la moarte timpurie.i cazul dat heterozigoţii se deosebesc fenotipic de ambii părinţi (schema 1.2).

Comentaţi după schema 1.2 în care caz probabilitaletale recesive în stare homozigotă este mai mare.

Gr ,

cii J

MOŞTENIREA GENEI BRAHIDACTILIEI LA OM

Bb p BB X

Schema 1.2

b

cu brahi-dactilie

dece-dează

cu brahi-dactilie

cu brahi-dactilie

cu brahi-dactilie

67

Page 68: Biologie XII

/i^ăeaţu ^tactice1 Testarea reproducătorilor pentru depistarea genelor letale. Pentru evitarea diseminării

genelor letale în populaţiile de animale domestice, genitorii masculi, înainte de a fi utilizaţi laV^ reproducere, trebuie testaţi dacă nu sunt purtători ai genelor letale. Se testează masculii, deoarece

•;-; numărul descendenţilor produşi de aceştia este mult mai mare decât al celor produşi de femele.T \ Analiza genetică a genitorului mascul se face după mai multe procedee. Descriem câteva dintre ele.w împerecherea reproducătorului suspect cu femele înrudite. In cazul unei gene letale,

segregarea printre descendenţi de la o atare încrucişare va fi de 2 : 1 şi nu de 3 : 1 . Un astfel deraport indică că masculul este purtător al unei gene letale.

împerecherea reproducătorului suspect cu mai multe femele neînrudite. Dacă printreurmaşii unor astfel de încrucişări nu se obţine nici un descendent anormal, înseamnă că mascululnu este purtător de gene letale.

împerecherea reproducătorului suspect cu purtători ai genelor recesive. Apariţia în cazulacestei încrucişări, care de fapt este o încrucişare de analiză, a unui raport de segregare de3 normali: 1 anormal este o dovadă a faptului că reproducătorul este purtătorul unei gene letale.

4. Modificarea segregării în funcţie de particularităţile manifestăriicaracterului. Observările au arătat că în cazul când manifestarea caracteruluidepinde într-o măsură mai mare de condiţiile mediului caracterul segregării nucorespunde celui mendelian. De exemplu, la porumb o pereche de alele determinăculoarea plantulelor: alela dominantă A asigură formarea culorii verzi, iar cearecesivă - a culorii galbene. Culoarea galbenă se manifestă însă la o temperaturăjoasă. Astfel, dacă primăvara este răcoroasă, printre descendenţii hibridului Aa seva înregistra segregarea de 3 : 1 . în caz de primăvară caldă toţi urmaşii, chiar şi ceihomozigoţi recesivi, vor fi verzi.

8. PARTICULARITĂŢILE MOŞTENIRII CARACTERELOR ÎN TIPURILE NEREGULATEDE ÎNMULŢIRE SEXUATĂ

Atât pentru mazăre, cât şi pentru drozofilă este caracteristic tipul regulat deînmulţire sexuată. Prin urmare, exemplele analizate până acum reflectă legităţilemoştenirii caracterelor în cazul când ambii părinţi participă în măsură egală la trans-miterea caracterelor descendenţilor. Dar cum se vor moşteni caracterele în cazultipurilor neregulate de înmulţire sexuată? în cazul înmulţirii partenogenetice,informaţia ereditară se transmite pe linie maternă şi descendenţii partenogenetici(de exemplu, trântorii la albine) se aseamănă cu mama. O situaţie diametral opusăse constată la înmulţirea andwgenetică. întrucât zigotul în acest caz se dezvoltă pecontul citoplasmei ovulului şi al nucleului spermatozoidului, genotipul urmaşuluiva fi determinat de genotipul tatălui. Moştenirea caracterelor în ginogeneză, ca şi înpartenogeneză, are loc pe linie maternă.

68

Page 69: Biologie XII

1, Analizaţi biografia lui G. Mendel.

2, Enumeraţi caracterele după care mazărea a fost selectată ca obiect decercetare în experimentele fui Mendel.

3, Explicaţi prin schemă:a) bazele citologice ale uniformităţii hibrizilor din Fr

b) bazele citologice ale segregării caracterelor în F2.

4, Asociaţi noţiunile din coloana A cu caracteristicile din coloana B.

IIa) gene alele

b) hibrizic) puritatea gârneţilord) dominanţă incompletăe) homozigotf) heterozigotg) gene nealele

I

1. Sunt localizate în cromozomi diferiţi.2. Posedă alele diferite ale unei gene.3. Posedă aceleaşi alele ale unei gene.4. Indivizii obţinuţi în urma fecundaţiei încru-cişate.5. Gârneţii conţin una din genele alele.6. Ocupă acelaşi locus în cromozomii omologi.7. Heterozigoţii din F1 posedă un caracter inter- •mediar.

5. Explicaţi prin exemple esenţa şi utilizarea încrucişării de analiză,

6. Probleme,

A. La vitele comute mari gena culorii negre domină gena culorii roşii. Ce fel deviţei se pot naşte de la încrucişarea unui taur roşu cu vaci hibride după culoare?

B. Un bărbat cu ochi căprui, a căruia mama avea ochi albaştri, s-a căsătorit cuo femeie cu ochi albaştri. Ce urmaşi pot fi aşteptaţi din această căsătorie, dacă seştie că gena culorii căprui a ochilor este dominantă.

C. Două femele de şoareci de culoare neagră au fost încrucişate cu un masculde culoare brună. O femelă la câteva fătări a dat naştere la 20 de şoareci negri şi18 bruni, iar cealaltă - la 35 de şoareci negri. Determinaţi genotipurile părinţilor şiurmaşilor.

7. Enumeraţi condiţiile respectării legii segregării,

8. Explicaţi prin scheme cauza segregării după fenotip în Fi în raport de:a) 0,35: 0,15; b) 2 : 1 .

9. Alegeţi răspunsurile corecte.1. La încrucişarea a 2 plante de mazăre heterozigote după forma bobului

în Fi:a) toate boabele vor fi netede;b) 50% din boabe vor fi netede şi 50% - rugoase;c) 75% din boabe vor fi netede şi 25% - rugoase;d) 25% din boabe vor fi homozigote cu bob neted.

69

Page 70: Biologie XII

fema

O ^f ÎNCRUCIŞAREA51V

PGUHIBRIDA

1 ÎNCRUCIŞAREA DIHIBRIDĂ. LEGEA MOŞTENIRII INDEPENDENTE A CARACTE-RELOR 2 BAZELE CITOLOGICE ALE ÎNCRUCIŞĂRII DIHIBRIDE 3 DOMINANŢAINCOMPLETĂ ÎN CAZUL DIHIBRIDĂRII 4 ÎNCRUCIŞAREA POLIHIBRIDĂ. UNI-VERSALITATEA LEGILOR MENDELIENE 5 IMPORTANŢA CERCETĂRILOR LUIG. MENDEL

1 ÎNCRUCIŞAREA DIHIBRIDĂ. LEGEA MOŞTENIRII INDEPENDENTE

A CARACTERELOR

încrucişarea dihibridă reprezintă încrucişarea formelor parientale care sedeosebesc după două perechi de caractere alternative. Pentru a afla cum semoştenesc astfel de caractere, G. Mendel a încrucişat două soiuri de mazăre carese deosebeau după culoarea boabelor şi suprafaţa lor, şi anume: boabe galbenenetede (caractere dominante -AABB) şi boabe verzi rugoase (caractere recesive -aabb). Toţi hibrizii din Ft aveau boabe galbene netede (fig. 1.71).

Cum a stabilit G. Mendel că plantele luate pentru încrucişare sunt hzigote: una după alelele dominante, cealaltă după alelele recesive

Prin autopolenizarea hibrizilor din F„ în F2 s-au obţinut 556 de seminţe grupateîn 4 clase fenotipice (fig. 1.71), şi anume:

• 9/16 din boabe (315 boabe) erau galbene netede;• 3/16 (101 boabe) - galbene rugoase;• 3/16 (108 boabe) - verzi netede;» 1/16 (832 boabe) - verzi rugoase.Prin urmare, segregarea după fenotip în F2 în dihibridare este de 9:3:3:1.

Comparând rezultatele dihibridării în F2 cu cele obţinute în F2 la monohibridare,G. Mendel a observat că fiecare pereche de caractere segregă fenotipic în raport de3:1, şi anume: 12 combinaţii cu boabe galbene şi 4 cu boabe verzi (12:4); 12 cuboabe netede şi 4 rugoase. Aceeaşi legitate a fost observată şi la analiza moşteniriialtor două perechi de caractere alternative. Generalizând rezultatele experimentelor,G. Mendel a formulat legea moştenirii independente a caracterelor, numită şilegea combinării independente a genelor, care se formulează astfel: genelediferitelor perechi alele şi, corespunzător, caracterele determinate de ele, se

70

Page 71: Biologie XII

AABBgalbenenetede

' aabbverzi

rugoase

AaBbgalbene netede

AB Ab aB ab

AB

Ab

aB

ab

galbenenetede

BB

galbenenetede

AABb

galbenenetede

AaBB

galbenenetede

îlgalbenenetede

AABb

galbenerugoase

?h,AAbb

galbenenetede

i AaBb

galbenenjgoase

Aabb

transmit descendenţilor inde-pendent una de alta, com-binându-se în toate varianteleposibile. în genetică această le-ge este cunoscută ca legea a IlI-aa lui G. Mendel. Prin urmare,forma seminţelor se moşteneşteindependent de culoarea lor.Drept dovadă serveşte apariţiaîn F2 a indivizilor care poartăcaractere nespecifice părinţilor:boabe galbene rugoase şi verzinetede.

Cunoaşteţi că segregareadupă genotip în cazul monohib-ridării, după o pereche de alele,este de IAA: 2Aa:laa şi \BB:2Bb: lbb, după altă pereche.Pornind de la aceste raporturi,putem calcula probabilitateaapariţiei diferitelor clase geno-tipice în dihibridare.

Astfel, probabilitatea apari-ţiei genotipului ^ este de 1/4,a genotipului Aa - 1/2, iar ajenotipului aa - 1/4. Aceeaşi probabilitate este valabilă şi pentru cealaltă perechede alele: 1/4 BB, 1/2 Bb şi 1/4 bb. înmulţind cele două probabilităţi, vom obţinetoate clasele genotipice în F2 la dihibridare. Astfel, genotipul AABB poate apăreacu frecvenţa de 1/4 AA x 1/4 BB = 1/16 AABB; genotipul AABb-l/4 AA x 1/2 Bb= 1/8; AaBB-l/2 Aa x 1/4 BB = 1/8; AaBb= 1/2 Aa x \/2Bb = 1/4; aaBB = 1/4 aaI 1/4 BB = 1/16; aaBb = 1/4 aa x 1/2 Bb = 1/8; AAbb = 1/4 AA x 1/4 bb = 1/16;iabb = 1/2 Aa x 1/4 bb = 1/8; aabb = 1/4 aa x 1/4 bb = 1/16. Obţinem 9 clase

fenotipice în raport numeric de: 1/16 : 1/8 : 1/8 : 1/4 : 1/16 : 1/8 : 1/16 : 1/8 : 1/16iau simplificat: 1 : 2 : 2 : 4 : 1 : 2 : 1 : 2 : 1 .

galbenenetede

AaBB

galbenenetede

\AaBb

galbenenetede

AaBb

galbenefugoase

Aabb

verzinetede

aaBB

verzinetede

aaBb

verzinetede

aaBb

verzirugoase

aabb

Fig. 1.71. Schema încrucişării dihibride.

G

Verificaţi după fig. 1.71 numărul de clase genotipice şi raportulcantitativ.

Analizând rezultatele obţinute şi comparându-le cu cele înregistrate laîncrucişarea monohibridă, putem afirma următoarele: segregarea după genotip înF, în cazul dihibridării în raport de 1 : 2 : 2 : 4 : 1 : 2 : 1 : 2 : 1 oglindeşte segregareade 1 : 2 : 1 după fiecare din cele două perechi de gene alele.

71

Page 72: Biologie XII

ocu

2. BAZELE CITOLOGICE ALE ÎNCRUCIŞĂRII DIHIBRIDE

Mecanismul moştenirii independente a genelor din diferite perechi alele a fostdemonstrat pentru prima dată de T. Morgan şi colaboratorii săi în experimentelepe drozofilă. Pentru verificarea celei de a doua legi mendeliene, T. Morgan aîncrucişat musculite ce se deosebeau după două perechi de caractere alternative:culoarea corpului (gri-neagră) şi forma aripilor (normale-reduse) (fîg. 1.72).

corpnegru

fenotipul

genotipul

gârneţi

fenotipul

aripi reduse

Gârneţi

100% demusculite cucorp gri aripi

normale

hll-o

genaculorii

corpuluigena

lungimiiaripii

Simbolurilegena

dominantă

DA

ne

genarecesivă

• a

Ob

fenotipul

Fig. 1.72. Moş-tenirea carac-terelor în cazuldihibridării ladrozofilă.

/25%

/25%

'6,25

'6,25

6,25

6,25

6,25

6,25

'6,253/16 Jg a

corp negru & '•§aripi ~ g

normale

1/16>rp negruaripi

reduse

72

Page 73: Biologie XII

încrucişările monohibride auarătat că caracterele corp gri şiaripi normale sunt dominante,iar corp negru şi aripi reduse -recesive. La încrucişarea feme-lelor cu corp gri şi aripi normale(AABB) cu masculi corp negru- aripi reduse (aabb), toţi hibri-zii din Fj aveau corp gri şi aripinormale (AaBb) (fig. 1.72). Laîncrucişarea hibrizilor între ei, înF- s-au obţinut 4 clase fenotipicein raport de 9 : 3 : 3 : 1. Uni-formitatea musculiţelor din Fjpoate fi explicată doar prinfaptul că ambii părinţi produc

Iun singur tip de gârneţi: femelaformează doar ovule ce poartă

[cromozomi cu genele dominan-[te -AB, iar masculul spermato-zoizi ce poartă cromozomi cuticnele recesive -ab. La fecun-. ţie garnitura diploidă de cro-

Or

ci\J

Gameţi F2

II• •IIo*

01• •010»

II• o

IIoo

01• o

01oo

10• •10o*

00• •00o*

10• o

10OO

00• o

00oo

Fig. 1.73. Schema comportării cromozomilor omologişi neomologi la dihibridare.

îozomi se restabileşte (AaBb). Prezenţa alelei dominante de la ambele perechi delele face ca la hibrizii din Fj să se manifeste fenotipul mamei. La maturizareaîmelelor din Fj se vor forma patru tipuri de ovule cu o îmbinare diferită aromozomilor ce poartă genele celor două perechi alele (AB, Ab, ab, ab). Dinpermatogeneză rezultă patru tipuri de spermatozoizi cu aceleaşi îmbinări de gene,I şi ovulele. în timpul fecundaţiei, datorită combinării libere a celor patru tipuri deameţi, au rezultat 4 clase fenotipice: 9/16 din descendenţi aveau corp gri-aripiormale; 3/16 - corp gri-aripi reduse; 3/16 - corp negru-aripi normale; 1/16 - corpegru-aripi reduse. Segregarea după flecare pereche de caractere s-a dovedit a fie 3:1, şi anume: 12 corp gri: 4 corp negru şi respectiv 12 aripi normale: 4 aripieduse. Aceste rezultate se pot obţine doar cu condiţia amplasării genelor ceetermină cele două perechi de caractere alternative în cromozomi neomologi.Jumai în acest caz la formarea gârneţilor aceste gene se vor repartiza independentna de alta. Astfel se explică formarea a patru tipuri de gameţi la diheterozigoţii dinI Din îmbinarea liberă a acestora în timpul fecundaţiei şi rezultă cele 16 tipuri deigoţi.

Explicaţi după fig. 1.73 mecanismul transmiterii independecaracterelor în experimentul efectuat de G. Mendel pe mazăre.-

73

Page 74: Biologie XII

o

Regulile de scriere a diferitelor genotipuri şi fenotipuri. Ştiţi deja că acelaşifenotip este desemnat de diferite genotipuri. De exemplu, genotipurile AABB, AaBB,AaBb, AABb determină acelaşi fenotip - boabe galbene-netede. Cu scopulsimplificării notării fenotipurilor identice se foloseşte radicalul fenotipic: parteagenotipului care determină fenotipul dat. Pentru cele patru genotipuri enumeratemai sus, radicalul fenotipic va fi A -B -. Prin înlocuirea liniuţelor cu diferite aleleobţinem diferite genotipuri. Segregarea după fenotip în F2 în cazul dihibridăriipoate fi notată cu radicali fenotipici astfel: 9A - B -: IA - bb; laaB - : \aabb.

Pentru a sublinia localizarea genelor în cromozomii omologi, la scriereaformulelor genetice ale zigoţilor cromozomii omologi se notează sub formă de

două liniuţe paralele (sau una) cu indicarea ambelor alele: = sau = (fig. 1.73).

Deoarece gârneţii poartă doar unul din cromozomii omologi, deci şi una din alele,formula gârneţilor se poate nota astfel:jV.B sau a b.

3 DOMINANTA INCOMPLETĂ ÎN CAZUL DIHIBRIDĂRII

fruct roz cu caliciuintermediar

Ab

aB•

roz cu caliciunormal

roşu cu caliciuintermediar

roz cu caliciuintermediar

alb cu caliciunormal

roz cu caliciuintermediar

alb cu caliciuintermediar

roz cu caliciuintermediar

roşu cu caliciufoliform

roz cu caliciufoliform

alb cu caliciuintermediar

roz cu caliciufoliform

alb cu caliciufoliform

Fig. 1.74. Moştenirea culorii fructului şi formei ca-liciului la căpşun în caz de dominanţă incompletă.

Pe exemplul barbei-împăra-tului (a se vedea p. 64) v-aţiconvins că în caz de dominanţăincompletă, segregarea dupăfenotip în F2 coincide cu ceadupă genotip. Aplicând prin-cipiul dominanţei incomplete îndihibridare, în F2 ar trebui săobţinem 9 clase fenotipice,deoarece avem 9 clase genoti-pice. Pentru a ne convinge căacest principiu se respectă, săanalizăm moştenirea a douăperechi de caractere la căpşun:culoarea fructului (roşu-alb) şiforma caliciului (normal-foli-form) (fig. 1.74). Culoarea roşiea fructelor este determinată destarea homozigotă a alelei^, iarcea albă de homozigoţia dupăalela recesivă a. Cealaltă pe-reche de alele în stare homozi-gotă dominantă BB asigurăforma normală a caliciului, iar

74

Page 75: Biologie XII

în homozigotă recesivă bb -caliciul foliform (în formă defrunză). Hibrizii din F l 5 hetero-zigoţi după ambele perechi dealele (AaBb), aveau fructe rozeşi o formă intermediară acaliciului. Prin autopolenizareaacestor hibrizi, în F2 s-au obţinut9 clase genotipice şi respectiv 9clase fenotipice, şi nu patru caîn cazul dominanţei complete,

în natură sunt mai răspân-dite cazurile când la încrucişa-rea dihibridă are loc dominan-ţa incompletă doar după unadin cele două perechi de alele.Drept exemplu poate servimoştenirea culorii şi formei flo-rilor la gura-leului (fig. 1.75).Forma roşie a florilor este de-terminată de gena dominantă Acu dominanţă incompletă asup-ra alelei recesive, răspunză-toare de culoarea albă a florilor.Gena dominantă a celeilalteperechi de alele asigură forma

xroşie normală

AABBalbă pilorică

aabb

AaBbOP l l 1 r l l

olAB

roză normală-

Ab B ab

AB

Ab

aB

ab

roşienormală

roşienormală

rozănormală

rozănormală

roşienormală

roşiepilorică

rozănormală

roză

rozănormală

rozănormală

albănormală

albănormală

rozănormală

albănormală

Fig. 1.75. Moştenirea culorii şi formei corolei la gura-leului în cazul dominanţei incomplete după una din pe-rechile de caractere.

normală a corolei florii, iar cea recesivă - forma pilorică.

y Determinaţi după fig. 1.75 numărul de clase genotipice şi fenotipice încazul dominanţei incomplete după una din cele două perechi de ah

în caz de dominanţă incompletă după una sau ambele perechi de alele laîncrucişarea dihibridă se modifică segregarea după fenotip în F2. Astfel, dacă îndominanţa completă se obţin 4 clase fenotipice, apoi în dominanţa incompletădupă una din perechile alele vor fi 6, iar după ambele - 9. în cazul de la urmă,segregarea după fenotip coincide cu cea după fenotip. Trebuie subliniat faptul cădominanţa incompletă nicidecum nu contravine legilor mendeliene, ci le confirmă.

4 ÎNCRUCIŞAREA POLIHIBRIDĂ. UNIVERSALITATEA LEGILOR MENDELIENE

Analizând rezultatele segregării după fenotip şi genotip în mono- şi dihibridare,observăm că în monohibridare se obţin 2 clase fenotipice şi 3 clase genotipice, iarîn dihibridare - respectiv 4 şi 9. Prin urmare, numărul de clase fenotipice în funcţie

75

Page 76: Biologie XII

—* Tabelul 1.7__1 LEGITĂŢILE CANTITATIVE DE FORMARE A GAMEŢILOR Şl DE SEGREGARE

A HIBRIZILOR ÎN DIFERITE TIPURI DE ÎNCRUCIŞĂRI

2 INDICELEDETERMINAT

Numărul tipurilor de gârneţi for-maţi de hibridul F,

Numărul combinaţiilor de ga-meţi la formarea hibrizilor din F2

Numărul de fenotipurî în F2

Numărul de genotipuri în F2

Segregarea după fenotip în F2

Segregarea după genotip în F2

TIPUL ÎNCRUCIŞĂRII

Monohibridă Dihibri Polihibridă

2 22 2"

4 4 2 4"

2 2 2 2n

3 32 3"

3 + 1 (3 + 1)2 (3 + 1)"

1 + 2 + 1 ( 1 + 2 + 1)2 ( 1 + 2 + 1)"

de tipul încrucişării poate fi calculat după formula 2n, iar genotipice - 3n, unde neste tipul încrucişării. Aceste formule, deduse teoretic, au fost confirmate şiexperimental. Cunoscând numărul de caractere alternative (tipul încrucişării),putem afla numărul tipurilor de gameţi formaţi de hibridul F l 5 numărul decombinaţii al acestora la fecundare, numărul de clase fenotipice şi genotipice pecare le putem obţine în F2 în dominanţa completă. Formulele acestor calcule leputeţi afla studiind tab. 1.7.

Amintiţi-vă condiţiile necesare pentru manifestarea legii segregării.

Segregarea independentă a caracterelor în cazul polihibridării are loc doar larespectarea condiţiilor enumerate în cazul monohibridării cu adăugarea încă a două:

• genele studiate trebuie să fie localizate pe cromozomi neomologi şi numărullor nu trebuie să depăşească numărul haploid de cromozomi la specia dată;

•formarea în proporţie egală a diferitelor tipuri de gameţi ca urmare a separăriiîntâmplătoare a cromozomilor neomologi în meioză.

Nerespectarea acestor condiţii poate schimba manifestarea legităţilor privindmoştenirea caracterelor pe care le-aţi studiat până acum.

TtataLa analiza raportului numeric al claselor fenotipice trebuie să se ţină

cont de faptul că întâlnirea gârneţilor ce poartă un set diferit de gene esteabsolut întâmplătoare. Din această cauză raportul cantitativ al diferitelor clasefenotipice obţinute nu coincide, ci doar se apropie mai mult sau mai puţin decel calculat teoretic. Această apropiere va fi mai mare în cazul unui numărmai mare de urmaşi.

76

Page 77: Biologie XII

Determinarea caracterului alelic sau nealelic al genelor. După numărul de clase fenotipiceşi raportul lor putem stabili dacă perechile de gene care determină două sau mai multe caractere j . _alternative sunt amplasate pe aceiaşi cromozomi sau pe cromozomi diferiţi. Pentru aceasta seorganizează încrucişări între indivizii cu caractere contrastante. De exemplu, în cazul când <T^dorim să aflăm dacă genele care asigură culoarea blănii şi a ochilor la nurcă sunt amplasate pe <cromozomi omologi sau neomologi, procedăm astfel: încrucişăm nurci cu blană cafenie şiochi căprui cu indivizi cu blană crem şi ochi roşii. Dacă toţi hibrizii din F, vor avea blanăcafenie şi ochi căprui, putem deduce că aceste caractere sunt dominante, iar părinţii cu astfelde caractere sunt homozigoţi după ambii loci. Caracterele blană crem şi ochi roşii vor fideterminate în acest caz de alelele recesive ale acestor gene, iar indivizii cu astfel de caracteretrebuie să fie homozigoţi recesivi.

Se efectuează apoi încrucişarea hibrizilor din Fi între ei. Dacă printre descendenţi se constatănurci asemănătoare cu bunicii şi cu caractere noi, combinate, adică se obţin patru clasefenotipice, înseamnă că aceste două perechi de caractere sunt determinate de două perechi degene. Dacă indivizii celor patru clase fenotipice vor prezenta un raport numeric de 9:3:3:1,atunci putem fi siguri că cele două perechi de gene sunt localizate în cromozomi neomologi.Obţinerea printre descendenţii rezultaţi din încrucişarea între ei a hibrizilor din Fi doar a douăclase fenotipice, în loc de patru, denotă faptul că cele două perechi de gene sunt aşezate peaceeaşi pereche de cromozomi, şi prin urmare sunt alele.

Testul cu ajutorul căruia putem stabili cu certitudine dacă două perechi de caracterealternative sunt determinate de gene amplasate pe cromozomi neomologi constă în analizadescendenţei obţinute la încrucişarea de analiză. Dacă se obţin patru clase fenotipice, dupăprezenţa sau lipsa celor două caractere, cu o frecvenţă a indivizilor din fiecare clasă de 1:1:1:1,atunci putem afirma fără greş că cele două perechi de caractere sunt determinate de câte opereche de gene aşezate în cromozomi neomologi.

5, IMPORTANŢA CERCETĂRILOR LUI G. MENDEL

La baza geneticii ca ştiinţă despre ereditatea şi variabilitatea organismelor stauurmătoarele fenomene descoperite de G Mendel:

• fiecare caracter este determinat de un factor ereditar aparte, localizat în:elulele sexuale. Astăzi factorii ereditari sunt numiţi gene;

•factorii ereditari se păstrează în stare neschimbată într-un şir de generaţii;• ambele sexe participă în măsură egală la transmiterea caracterelor sale

urmaşilor;• în celulele sexuale numărul de factori ereditari este înjumătăţit. Prin această

afirmaţie G. Mendel a prezis existenţa meiozei;• factorii ereditari sunt perechi: unul este de origine maternă, iar celălalt -

\ paternă.

11

Page 78: Biologie XII

Aşadar, G. Mendel nu numai că a izbutit să descopere legităţile moştenirii^ caracterelor, dar şi a prevăzut intuitiv existenţa şi rolul factorilor ereditari în1 moştenirea lor, deşi la moment ştiinţa nu dispunea de date referitor la natura lor. în

3 aceasta şi a constat genialitatea lui Mendel. Aceste descoperiri au acoperit de—; glorie numele lui Mendel, dar faptul s-a produs abea după moartea sa. Legile

3 descoperite de el au o importanţă deosebită, deoarece dau posibilitatea de a prevedea\ modul în care se vor moşteni caracterele de-a lungul generaţiilor, fiind de neînlocuit

în cercetările de ameliorare a soiurilor şi raselor.Munca depusă de G. Mendel a fost apreciată la justa sa valoare de renumitul

genetician american T. Morgan care a menţionat că: "în cei zece ani cât a lucrat cuplantele sale în grădina mănăstirii G. Mendel a făcut cea mai mare descoperiredintre toate câte au fost făcute în biologie în ultimii cinci sute de ani".

liotăEreditatea şi ereditarea sunt două procese diferite care nu întotdeauna

sunt delimitate. Ereditarea prezintă modul de transmitere a informaţieiereditare într-un şir de generaţii. Acesta poate fi diferit, în funcţie deforma deînmulţire. Ereditatea este proprietatea structurilor celulei şi a organismuluiîn ansamblu de a transmite însuşirile sale generaţiilor următoare. Legiledescoperite de G. Mendel sunt legi ale ereditarii. Ele reflectă modul demoştenire a informaţiei ereditare de către descendenţi la înmulţirea sexuată.Din legile ereditarii descind principiile eredităţii: caracterele sunt determinateereditar de gene; genele sunt unităţi ereditare relativ stabile; fiecare genă seaflă în stare alelă.

78

Page 79: Biologie XII

1, Descrieţi esenţa încrucişării dlhibride,

2, Explicaţi baz«f# cîtoioglce ale încrucişării dihibriefe; a) în F1 b) în F2.

3, Definiţi legea transmiterii Independente a caracterelor.

4, Propuneţi exemple de utilizare a încrucişării de analiză în practică,

5, Analizaţi coraporturiie dintre fenotîp şi genotip în căzu! încrucişăriihibride în F, şl Fr

6, Alcătuiţi un eseu la tema "Legile iui Mendel" după următorul algoritm,a) universalitatea legilor mendeliene;b) semnificaţia ştiinţifică a legilor lui Mendel;c) utilizarea practică a legilor mendeliene.

7, Scrieţi tipurile de gârneţi pe car® le formează genotipurite:a)AaBb; b}AaBbCc; cjPpHhDd; â)Aabb;

7, Alcătuiţi © problemă despre moştenirea enter» ochilor» deprinderii d© aera cu mâina dreaptă sau stângă în limitele familiei voastre.

8, Probleme, Fructei© de tomate pot fi roşii sau galbene âupă culoare şisau rugoase după formă, Gena culorii galbene este recesivi, iar gena

cteSor netede - dominantă. La om gena părului ondulat este dominantăde gena părului neted, iar gena ochilor căprui - dominantă faţă de gena

hiior albaştri. Anemia faiciformă se transmite ca un caracter autozomal cudominanţă incompletă. Homozigoţii dominanţi mor până la maturizarea

xuaiâ, Plasmodiul malariei nu 8© poate hrăni cu hemoglobina din hematite

Fciforme, de aceea oamenii cu aşa hematii nu se îmbolnăvesc de malarie,1. Ce urmaşi pot fi aşteptaţi de la încrucişarea plantelor de roşii heterozigote cu

cte roşii şi netede cu cele cu fructe galbene şi rugoase?2. Din roadă de tomate recoltate de un arendaş, 72 t alcătuiau fructele roşii

I netede şi 241 cele roşii rugoase. Ce cantitate de tomate rugoase galbene va recoltaarendaşul, dacă materialul iniţial a fost heterozigot după ambele caractere?

3. Ce formă a părului şi ce culoare a ochilor vor avea copiii, dacă tatăl are părondulat şi ochi albaştri, mama păr neted şi ochi căprui, iar tatăl ei ochi albaştri?

4. Care este probabilitatea naşterii unor copii nerezistenţi la malarie în familia încare ambii părinţi sunt rezistenţi la acest parazit?

9, Completaţi tabelul, copîindu-i preventiv pe caiet;

formele parientaleraportul după genotipraportul după fenotiplocalizarea genelor

79

Page 80: Biologie XII

rema>3 o INTERACŢIUNEA GENELOR.2 MOŞTENIREA CARACTERELOR ÎN\ " CAZUL INTERACŢIUNII GENELOR

1 PROPRIETĂŢILE GENELOR 2 TIPURILE DE INTERACŢIUNE ALE GENELORALELE 3 TIPURILE DE INTERACŢIUNE ALE GENELOR NEALELE

1, PROPRIETĂŢILE GENELOR

Amintiţi-vă noţiunile de genă, gene alele, gene nealele şi genotip.

Genotipul organismelor superior organizate se compune din circa 50-200 miide gene. La prima vedere, genotipul pare o sumă de gene care acţioneazăindependent. în realitate fiecare caracter al organismului este determinat de celpuţin două gene. De aceea manifestarea fenotipică a caracterului depinde deinteracţiunea genelor ce-1 determină. Ca urmare, printre descendenţii unuiheterozigot se poate observa o segregare ce se abate de la cea mendeliană. Trebuieînsă accentuat faptul că în toate cazurile de segregare atipică, abaterile se referădoar la clasele fenotipice, segregarea după genotip decurgând în deplinăconformitate cu legile stabilite de G. Mendel.

ftfiăcaţu ^tactice

Determinarea numărului de gene ce stau la baza dezvoltării unui caracter. Un caracterpoate fi determinat de o pereche de gene, de două sau mai multe aşezate în loci diferiţi peaceeaşi pereche de cromozomi sau pe cromozomi diferiţi. Pentru a afla câte perechi de genedetermină un caracter oarecare, se recurge la împerecherea animalelor ce se deosebesc dupăacest caracter şi analiza descendenţei obţinute. Numărul de clase fenotipice obţin în Yl şi F2 şiraportul dintre ele reflectă numărul de gene care determină caracterul dat. Admitem că printrenutriile cu blana standard (cafenie) a apărut un mascul (sau femelă) cu blană neagră. în modfiresc ne întrebăm câte gene controlează culoarea neagră? Pentru a afla răspuns, trebuie săîmperechem masculul negru cu femela standard. Dacă în F, vom obţine 2 clase fenotipice -negru şi standard - în raport de 1:1, putem conchide că blana de culoare neagră este determinatăde o pereche de gene, iar genotipul individului cu blană neagră este heterozigot.

Pentru o confirmare suplimentară a rezultatelor obţinute, se poate efectua împerechereadescendenţilor negri din Fi între ei. Dacă urmaşii acestei încrucişări aparţin la două clasefenotipice (negru-standard) într-un raport numeric de 3:1, avem dovada incontestabilă că blana

80

Page 81: Biologie XII

neagră este determinată de o singură pereche de gene alele. Dacă din împerecherea mascululuinegru cu nurca standard rezultă în F, patru clase fenotipice (patru feluri de culori ale blănii) în £z!.proporţie de 1:1:1:1, putem presupune că culoarea neagră a blănii este determinată de două , rperechi de gene nealele. în cazul când se vor obţine 8 clase fenotipice în proporţie de \j1:1:1:1:1:1:1:1, caracterul este controlat de trei perechi de gene nealele. fc

C

Proprietăţile genelor. Interacţiunea genelor este determinată de proprietăţiler, pe care le enumerăm în continuare:• gena reprezintă o regiune cromozomială discretă;•fiecare genă determină dezvoltarea unui anumit caracter;• o genă poate influenţa dezvoltarea mai multor caractere;• o genă poate interacţiona cu alte gene, condiţionând apariţia de caractere noi;• acţiunea genei poate fi modificată prin schimbarea poziţiei ei în cromozom;• manifestarea genei depinde de factorii de mediu.Rezultatul interacţiunii genelor depinde, în primul rând, de localizarea acestora,funcţie de care deosebim interacţiunea genelor alele şi a genelor nealele.

2. TIPURILE DE INTERACŢIUNE ALE GENELOR ALELE

Se cunosc mai multe tipuri de interacţiune ale genelor alele: dominanţă completă,ominanţă incompletă, supradominanţă, codominanţă şi pleiotropie. Cu primelexiă tipuri de interacţiune a genelor alele aţi luat deja cunoştinţă.

Supradominanţă prezintă un tip de interacţiune a genelor alele care asigură osrire a însuşirilor biologice ale heterozigoţilor în comparaţie cu homozigoţii

< Aa > aa). Datorită supradominanţei, hibrizii de prima generaţie depăşesciţii după dimensiunile corpului, productivitate, masa corpului etc. Fenomenulnumit heterozis sau vigoare hibridă şi este folosit pe larg la sporirea

iuctivităţii soiurilor de plante şi raselor de animale. întrucât la încrucişarea- astfel de hibrizi între ei vigoarea hibridă dispare, în faţa savanţilor stă problemafeerii acesteia în generaţiile următoare.

Pentru comoditatea studierii interacţiunii genelor s-a adoptat notarea lori prima sau prima şi a doua literă a denumirii engleze sau latine a caracteruluiontrolat de fiecare dintre ele. De exemplu, alela recesivă a culorii galbene achilor la drozofilă se notează cu litera y (yellow-galben), iar cea dominantă, cesigură culoarea roşie a ochilor - Y. Uneori ambele alele se notează cu minus-de, cea dominantă evidenţiindu-se prin semnul "+ ", de exemplu, y+.

f

fcoiogie, ci. a XII-a ^-t

Page 82: Biologie XII

—1

oăl

Codominanţa. în cazul codominanţei, ambele alele ale genei asigură dezvoltareaîn fenotipul heterozigotului a caracterelor controlate de ele. Drept exemplu poateservi gena responsabilă de formarea antigenilor sângelui la om, localizată încromozomul 9. Această genă are trei alele A, B, 0, dintre care A şi B suntcodominante, iar 0 - recesivă. în homozigoţia IAIA, eritrocitele au numai antigenulA (grupa de sânge A sau II), iar în homozigoţia IBIB - numai antigenul B (grupa desânge B sau III). în homozigoţia i°i° eritrocitele sunt lipsite de antigenii A şi B(grupa de sânge 0 sau I). în heterozigoţia IAi° sau IBi° grupa de sânge este determinatărespectiv de antigenul A (grupa a Ii-a) sau B (grupa a IlI-a). La heterozigoţii IAIB

eritrocitele poartă ambii antigeni, ceea ce determină grupa de sânge AB sau IV.Deci, alelele IA şi IB în heterozigoţie activează independent una de alta.

fJ$ &ff S*fP^S 0 &#0&

Eşecurile primelor transfuzii de sânge au impus necesitatea studierii particularităţilordiferitelor grupe de sânge. Studiile au arătat că în cazul grupei 0 în plasmă sunt prezenteaglutininele a şi P, a grupei A ~ aglutinina P, a grapei B - aglutinina a. Este ştiut însă căaglutinina a leagă şi sedimentează eritrocitele ce conţin antigenul^, iar aglutinina P - eritrocitelecu antigenul B. Pentru a preveni sedimentarea eritrocitelor, care duce la şoc hemoragie, trebuiesă se cunoască şi să se respecte strict regulile de transfuzie a sângelui, şi anume: sângele degrupa 0 poate fi transfuzat la toţi oamenii, indiferent de grapa sanguină, sângele de grapa A -doar grapelor A şi 0, de grapa B - grapa B şi 0, iar de grapa AB - doar grapei AB.

Grapele de sânge se moştenesc după anumite legităţi cunoaşterea cărora prezintă importanţăpractică, de exemplu, stabilirea posibilei paternităţi (tab. 1.8).

Tabelul 1.1

VARIANTELE

1

2

3

4

56

7

8BSBH»

9

10

GRUPELE DE SÂNGEOAMENILOR CU

GRUPELE DE SÂNGEALE PĂRINŢILOR

0 x 0

OxAAxAOxBBxBA x BOxABAxABBxAB

ABxAB

ALE URMAŞILOR DEDIFERITE GRUPE DE

0

0,A

0,A0,B

0, B

0, A, B, AB

A, B,A, B, AB

A, B, AB

A, B, AB

LA CĂSĂTORIILESÂNGE

UPELE DE SÂNGE)SIBILE LA URMAŞI

A, A, ABB.ABB,ABA.ABA,AB

-

0,AB0

0

0

82

Page 83: Biologie XII

"trandafir"AAbb

"mazăre"aaBB

Acţiunea multiplă a genelor {pleiotropia). Pleiotropia reflectă participarea uneigene la manifestarea a două sau mai multe caractere. Fenomenul de pleiotropie afost evidenţiat încă de G. Mendel care a observat că la mazăre culoarea florilor şi ategumentului seminţelor sunt determinate de acelaşi factor ereditar. Deseori genelecu acţiune multiplă determină şi dezvoltarea caracterelor incompatibile cu viaţa

I (a se vedea p. 66, modificarea segregării în caz de viabilitate inegală a zigoţilor).

3. TIPURILE DE INTERACŢIUNE ALE GENELOR NEALELE

/k Amintiţi-vă modalitatea de determinare a caracterului alelic sau nealelic•/ al genelor.

Cele mai răspândite tipuri de interacţiune ale genelor nealele sunt complemen-I raritatea, epistazia şipolimeria.I Ca urmare a interacţiunii genelorI nealele se constată abateri de laI segregarea mendeliană.

Complementaritatea de-I semnează dezvoltarea unui nouI caracter la interacţiunea a douăI gene dominante nealele aflate înI stare homo- sau heterozigotă.

Segregarea în raport deI 9:3:3:1. Să analizăm moştenirea

ormei crestei la găini. Pentru fie-are rasă de găini este caracte-

•Btică o anumită formă a crestei.La încrucişarea găinilor cu creas-tă „trandafir" cu cele cu creastăp mplă", toţi hibrizii din Fj aveau

easta „trandafir". în F2 avea locsegregarea în raport de 3

idafir" : 1 „simplă". Acelaşis-a obţinut şi la încrucişarea

linilor cu creastă „mazăre" cu1

;le cu creastă „simplă". Printiare, în perechile de caractere

.irandafir-simplă" şi „mazăre-nplă", creasta „simplă" este un

aracter recesiv. La încrucişareaMinilor cu creastă „trandafir" cufcele cu creastă „mazăre", hibrizii

in F, aveau o altă formă a crestei..nucă" (fig. 1.76). în F2 au

Gameti FH

"nucă"AaBb

G

Fig. 1.76. Interacţiunea complementară a genelorcare determină forma crestei la găini.

83

Page 84: Biologie XII

.1

__1

2cuO

apărut găini cu patru tipuri de creste în raport de 9 „nucă": 3 „trandafir": 3 „mazăre":1 „simplă". întrucât segregarea este tipică pentru încrucişarea dihibridă, forma cresteieste determinată de două perechi de gene nealele. Pornind de la constatarea căcreasta "simplă" este recesivă şi ţinând cont de rezultatele încrucişărilor găinilorcu această creastă cu cele cu creastă "trandafir" şi "mazăre", genotipul crestei"trandafir" poate fi doar AAbb, iar a celei "mazăre" - aaBB.

Cum am putea demonstra justeţea acestor afir

Hibridul din Fj va fi heterozigot după ambele perechi alele AaBb, adică, creasta„nucă" a acestuia este rezultatul interacţiunii alelelor dominante ale acestor douăperechi de gene. întrucât fiecare din genele recesive în stare homozigotă prezintăun fenotip diferit, în F2 segregarea după fenotip corespunde celei mendeliene îndihibridare 9:3:3:1. Cunoscând legităţile moştenirii formei crestei, prin combinareagenelor ce le determină, se pot obţine tipurile dorite de creste.

Segregarea în raport de 9:7. La încrucişarea a două soiuri de sângele-voinicului cu flori albe cu genotipurile AAbb şi aaBB, hibrizii din Fj aveau flori roşii(AaBb). Rezultatul obţinut este determinat de acţiunea complementară a genelordominante A şi B, fiecare în parte neputând determina culoarea roşie a petalelor. Laautopolenizarea hibrizilor din F ] 5 în F2 s-au obţinut două clase fenotipice: 9/16 plantecu flori roşii şi 7/16 - cu flori albe (fig. 1.77). în prezenţa alelelor dominante aleambelor perechi de gene florile au culoare roşie. La plantele homozigote după unadin alele recesive pigmentul nu se formează şi florile sunt albe.

Segregarea în raport de 9:6:1. Se cunosc soiuri de bostan cu forma sferică,discoidală şi alungită a fructelor. La încrucişarea a două plante de bostan cu fructe

AAbbflori albe

aaBBflori albe

AAbb aaBB

AaBbflori roşii

F, :

.

AaBbA-B-

flori roşiiaa - şi - bb

flori albe

F2

9/76

,

7/76 A-B-9/16

A-bb6/16

Fig. 1,77. Moştenirea culorii florilor la sângele-voinicului în cazul interacţiunii complementarea două perechi de gene nealele.

Fig. 1.78. Interacţiunea complementa-ră a genelor care determină forma fruc-tului de bostan.

84

Page 85: Biologie XII

ecupenaj alb

cciipenaj alb

Cciipenaj alb

F,

C- /- cel- cciipena/alb

C-iipenaj colorat

3/16

Moştenirea culorii pena-jului la găini în cazul interacţiuniiepistatice a două perechi de gene.

sferice, dar cu o origine diferită (diferite geno-tipuri), toţi hibrizii din F[ aveau fructediscoidale (fig. 1.78). Prin urmare, genele A şiB sunt complementare. La autopolenizareaacestora, în F2 s-au constatat 3 clase fenotipiceîn raport de 9/16 discoidale, 6/16 sferice şi 1/16 -alungite. Deci, fiecare genă complementară înlipsa celeilalte determină aceeaşi formă a fruc-tului - sferică. Din interacţiunea lor rezultăfructe discoidale, în timp ce alelele recesivecondiţionează fructe alungite.

Epistazia se manifestă prin suprimareafenotipică a unei gene de către alta. întrucâtgenele antrenate în concurenţă pot fi atât domi-nante, cât şi recesive, deosebim epistazie domi-nantă şi epistazie recesivă. în epistazia domi-nantă alela dominantă a unei gene inhibă mani-festarea alelei dominante a altei gene (A < Bsau B > A). Drept exemplu de epistazie do-minantă serveşte moştenirea culorii penajului la găini (fig, 1,79).

Segregarea în raport de 13:3. Penajul găinilor poate fi alb sau colorat. Penajulalb la diferite rase este determinat de două gene nealele C şi /. Alela dominantă Cdetermină prezenţa pigmentului, adică coloraţia penelor, iar alela recesivă c -lipsa pigmentului, adică penajul alb. Alela dominantă / este supresorul alelei C.Chiar şi în prezenţa unei singure alele /, acţiunea genei culorii este anihilată. Laîncrucişarea rasei leggorn albă CCII cu plimutroc albă ccii, toţi hibrizii din F,aveau penaj alb. La încrucişarea hibrizilor din F! între ei, în F2 s-a obţinut segregareain raport de 13/16 găini albe şi 3/16 - găini colorate. Abaterea de la segregareamendeliană de 9:3:3:1 este generată de epistazia/> C.

Segregarea în raport de 12:3:1. Un alt exemplu de epistazie dominantă estemoştenirea culorii la porci. La încrucişarea porcilor albi şi negri, hibrizii din F[Brâu albi. Printre descendenţii rezultaţi din încrucişarea hibrizilor din Fj s-a constatatsegregarea după culoare în raport de 12/16 albi, 3/16 negri şi 1/16 roşii (Jig. 1.80).Toţi porcii albi au minimum o genă dominantă I, care se opune formării pigmentului.Porcii negri sunt homozigoţi după alela recesivă ii, care nu se opune formării culorii,}i heterozigoţi după gena E - răspunzătoare de formarea pigmentului negru. Porciiroşii sunt homozigoţi recesivi după ambele gene.

Stabiliţi după grilajul Punnet tipurile de genotipuri care determină celetrei clase fenotipice la încrucişarea porcilor albi din Ff.

85

Page 86: Biologie XII

1

EEIIalb

AAbb aaBB

12/16 3/16 1/16albi negri roşii

Fig. 1.80. Moştenirea culorii laporci (epistazie dominantă).

aguti

9/16 aguti 3/16 negri 4/16 albi

Fig. 1.81. Moştenirea culorii la şoareci în cazulinteracţiunii epistatice a două perechi de gene nealele.

Segregarea în raport de 9:3:4. în cazul epistaziei recesive, alela recesivă aunei gene în stare homozigotă anihilează manifestarea alelei dominante sau recesivea altei gene: aa > B sau aa > bb. De exemplu, la încrucişarea şoarecilor negri{AAbb) cu cei albi (aaBB), toţi şoarecii din F, aveau culoarea aguti (AaBb)(fig. 1.81). Prin încrucişarea hibrizilor din F[ între ei, în F2 s-au obţinut 3 clasefenotipice: 9/16 aguti, 3/16 negri şi 4/16 - albi.

Determinaţi, folosind grilajul Punnet, genotipurile din F2 de la încruci-şarea ilustrată de fig. 1.81.

Polimeria (poligenia). în unele cazuri, fenotipul individului depinde de numărulgenelor dominante care determină caracterul dat. Astfel de gene au fost numitepolimerice. întrucât asigură dezvoltarea unuia şi aceluiaşi caracter, genele polimericese notează cu aceeaşi literă latină cu specificarea indicelui pentru diferiţi membri.

Segregarea în raport de 15:1. Studierea caracterelor polimerice a fost iniţiată laînceputul secolului trecut. Nillson-Ehle, în 1908, încrucişând două soiuri de grâu cuboabe colorate şi albe (necolorate), a obţinut în F2 segregarea în raport de 15/16 boabecolorate şi 1/16 - albe. Culoarea boabelor din prima grupă varia de la roşie-întunecatăpână la roză-pală (fig. 1.82). Analiza genetică a arătat că prezenţa a patru gene dominantela 1/16 din urmaşi determină cea mai intensă coloraţie a seminţelor. 4/16 din seminţeaveau trei gene dominante, 6/16 - două şi 4/16-0 singură genă dominantă. Toateaceste genotipuri determinau diferite nuanţe intermediare dintre roşu-intens şi alb.

Apiiatţu. fatctcttce £/După tipul genelor polimerice se moşteneşte şi pigmentaţia pielii la om. Presupunem că

culoarea întunecată a pielii la om este determinată de două perechi de gene dominante nealele.Alelele recesive ale acestor gene condiţionează culoarea albă a pielii. Copiii născuţi dintr-unbărbat negru şi o femeie albă vor fi mulatri (A,a, A2a2). Probabilitatea naşterii unui negru (A1a1

A2a2) sau a unui alb {a,a,a2a2) într-o familie de doi mulatri este de 1/16. Celelalte genotipuriprezintă clase fenotipice intermediare.

86

Page 87: Biologie XII

Exemplele prezentate ilust-rează polimeria cumulativă: lamărirea numărului de gene po-limerice dominante acţiunea lorse sumează. După tipul poli-meriei cumulative se moştenescmulte caractere cantitative deimportanţă gospodărească atâtla plante cât şi animale (pro-

Iducţia de lapte, de ouă, de carne,[lungimea spicului, numărul deIboabe în spic, conţinutul de za-fcăr, de amidon etc.). Manifes-harea caracterelor polimere este•determinată în mare parte deIcondiţiile în care se dezvoltă or-•ganismul. Astfel, producţia deBapte, de ouă, lungimea lânii ş.a.Idepinde în mare parte de condiţii-

• de întreţinere, calitatea hranei.Segregarea în raport de

15:1. în practică sunt răspânditefi cazurile de polimerie necu-iidativă. De exemplu, la încru-

cişarea plantelor de traista cio-anului cu fructe triunghiulare)mozigote după două perechi

o["uamuini

A,a2

Fig. 1.82. Moştenirea culorii la boabele de grâu încazul interacţiunii polimerice a genelor nealele.

: gene dominante cu acţiune similară (A1AlA2A^ cu plante cu fructe ovale (a]a1a2a2),)ţi hibrizii din Fţ au fructe triunghiulare (A1a1A2a2). La autopolenizarea acestora,

F2 se obţine segregarea în raport de 15/16 - triunghiulare şi 1/16 - ovale. Oîre segregare se explică prin existenţa a două perechi de gene cu acţiune similară.

rezenţa ambelor alele dominante ale acestor perechi (A, -A2-), sau cel puţin aaeia dintre ele (A; - a2 a2; a, a,A2-), determină forma triunghiulară a fructelor.

Fructul oval se formează în lipsa acestora

Determinaţi cu ajutorul grilajului Punnet genotipurile în F2 la moşte-nirea polimerică necumulativă a formei fructului la traista ciobanului.

După tipul polimeriei necumulative se moştenesc şi alte caractere, printre carei penajul de pe gambă la găini.

87

Page 88: Biologie XII

i 1. Enumeraţi proprietăţile genelor ce determină interacţiunea lor.

~jl 2. Explicaţi rolul supradominanţei în agricultură.

O 3. Analizaţi interacţiunea genelor alele pe exemple din viaţă.

—•> 4. Copiaţ i tabelul pe caiet şi completaţ i- l cu exemple.

5. Explicaţi prin schemă culoarea pielii copiilor ce se vor naşte din căsătoriaunui mulatru cu o femeie albă.

6, Părinţii au grupele sanguine II şi III. Ce grupe vor avea copiii lor?

7. Probleme.A. Un băieţel are grupa sanguină I, iar sora lui - grupa IV. Determinaţi grupele

sanguine ale părinţilor.B. La maternitate s-au confundat 2 băieţei. Părinţii unuia au grupele sanguine I şi

II, părinţii celuilalt- II şi IV. Cercetările au demonstrat că copilaşii au respectiv grupelesanguine I şi IV. Determinaţi cărui cuplu aparţine fiecare copil.

C. De la încrucişarea bostanului galben cu cel alb toţi bostanii erau albi.încrucişându-i pe aceştia între ei, s-au obţinut 204 de bostani albi, 53 - galbeni, 17- verzi. Determinaţi genotipurile formelor parientale şi ale hibrizilor.

D. Penajul alb al găinilor este determinat de 2 perechi de gene nealele. Genadominantă a unei perechi determină penajul colorat, cea recesivă - lipsa coloraţiei,în altă pereche, gena dominantă asigură coloraţia, iar cea recesivă nu dominăcoloraţia. La încrucişarea găinilor albe au fost obţinuţi 1680 de puişori, dintre care315 erau porumbaci (coloraţi), restul albi. Determinaţi genotipurile părinţilor şi alepuilor porumbaci.

8, Alegeţi răspunsurile corecte.1. Supradominanţa ca fenomen de interacţiune între genele nealele

determină:a) vitalitate sporită; c) fenomenul de heterozis în F.,;b) rezistenţă slabă la boli şi vătămători; d) scăderea însuşirilor biologice.2. Raportul dintre genele ce determina grupele sanguine A şi B este:a) dominanţă; c) codominanţă;b) semidominanţă; d) supradominanţa.3. într-o familie se nasc numai copii ce nu aparţin grupelor sanguine ale

părinţilor. Ce grupe au părinţi?a) unul are grupa Ap), iar celălalt grupa Bm;b) ambii părinţi au grupa AB;c) unul din părinţi aparţine grupei 0, iar celălalt grupei AB;d) unul din părinţi aparţine grupei A homozigot, iar celălalt A(ll) şi este homozigot

ori heterozigot.

Page 89: Biologie XII

9 TRANSMITEREA GENELOR PLASATEPE ACELAŞI CROMOZOM

1 MOŞTENIREA ÎNLĂNŢUITĂ A GENELOR PLASATE PE ACELAŞI CROMOZOM2 ÎNLĂNŢUIREA INCOMPLETĂ A GENELOR. RECOMBINAREA GENELOR ÎNBAZA CROSSING-OVERULUI 3 HĂRŢILE CROMOZOMIALE 4 EREDITATEAEXTRACROMOZOMIALĂ

1. MOŞTENIREA ÎNLĂNŢUITĂ A GENELOR PLASATE PE ACELAŞICROMOZOM

Legile mendeliene explică moştenirea caracterelor determinate de gene plasatepe cromozomi neomologi. însă la orice organism numărul genelor depăşeşte cumult numărul de cromozomi omologi. De exemplu, omul dispune de 23 perechide cromozomi şi de câteva sute de mii de gene. Prin urmare, fiecare cromozompoartă mai multe gene. De aici şi întrebarea firească: cum se vor moşteni geneleplasate pe acelaşi cromozom? Răspunsul la această întrebare a fost dat de Thomas'• forgan (fig. 1.83), care a stabilit experimental. Legile transmiterii genelorlocalizate pe acelaşi cromozom.

Thomas Morgan, biolog şi genetician american, unul din fondatoriigeneticii, laureat al premiului Nobel în domeniul Fiziologiei şl Medicineiîn 1933. După terminarea Universităţii Jons Hopkins, Morgan pleacă înEuropa unde lucrează în laboratoarele Naples Marine. Aici el s-apătruns de Importanţa lucrului experimental la studierea biologiei,îndeosebi a embriologiei, preocuparea sa la acel moment. Succeseleobţinute în embriologle nu i-au stăvilit dorinţa de a se ocupa de o ştiinţăla modă, dar încă nefundamentată ştiinţific - genetica. Iniţial Morganintenţiona să controleze experimental presupunerile lui G. Mendelreferitoare la existenţa în celule o factorilor ereditari şi transmiterea lorîn combinaţii întâmplătoare generaţiilor următoare. întrucât T. Morganmonta experimentele pe iepuri, iar bani pentru întreţinerea unui vlvariumare nu avea, rezultatele se lăsau aşteptate. Descoperireaîntâmplătoare a mutaţiei de ochi albi la drozofilâ i-a sugerat ideeautilizării acestei musculiţe în experimentele de laborator. Alegereadrozofilei în calitate de obiect experimental a fost, probabil, cea maimare reuşită a savantului.

Fig. 1.83.T. Morgan

89

Page 90: Biologie XII

oo XX XVFig. 1.84. Aspectul exterior şi ca-riotipul femelei şi masculului ladrozofilă.

corpnegru

aripi rudimentarevg+vg+ b b vg vg

b+vg*1

b vgI

Musculiţa de oţet {Drosophilla melano-gaster) {fig. 1.84) prezintă un obiect comod decercetare datorită următoarelor particularităţi:

- dimensiunile relativ mici ale corpului şiperioada scurtă de dezvoltare embrionară încondiţii dirijabile (pe au se pot obţine 30 degeneraţii);

- prolificitatea femelelor care pot depune200-300 de ouă;

- numărul relativ mare de caractere deter-minate de gene dispuse doar în 4 perechi decromozomi, diferiţi după formă şi mărime;

- numărul mare de mutaţii (-50) ale diferi-telor gene.

Studiind moştenirea a două caractere - culoa-rea neagră a corpului b {black) şi aripi rudimen-tare vg iyestigeal) - T. Morgan şi colaboratoriisău au încrucişat femelele cu corp gri şi aripinormale (b+ b+vg+ vg+) cu masculi ce aveau corpnegru şi aripi rudimentare (bb vg vg). Toţi

hibrizii din Fl aveau corp gri şi aripi normale (fig. 1.85). Prin urmare, caracterelecorp negru şi aripi rudimentare sunt determinate de gene recesive. Rezultatul obţinutcorespunde regulii uniformităţii hibrizilor de prima generaţie. Ulterior au fostefectuate două încrucişări de analiză. în prima au fost încrucişaţi masculi din F! cufemele virgine homozigote după ambele gene recesive (bb vg vg), iar în a douafemele virgine din Fj cu masculi homozigoţi după ambele gene recesive. Rezultateleacestor încrucişări au fost diferite.

b vg

formale

F,

b*b vg*vgFig. 1.85. încrucişarea femelelorcu corp gri - aripi normale cu mas-culi corp negru - aripi rudimen-tare.

fenotipul

genotipul b*b vg*vg b b vg vg

fenotipul

50% 50%

Fig. 1.86. Prima încrucişare de analiză.

Fig. 1.87. Interpretarea cromozomială a înlănţuiriigenelor plasate pe acelaşi cromozom.90

Page 91: Biologie XII

în prima încrucişare de analiză {fig. 1.86) s-au obţinut două clase fenotipice deîusculiţe, indiferent de sex: corp cenuşiu - aripi normale şi corp negru - aripi reduse.

Determinaţi clasele genotipice obţinute în această încrucişare deanaliză.

întrucât segregarea în cazul încrucişării de analiză reflectă raportul gârneţilorjformaţi de hibrizii din F,, reiese că, masculii din Fj formează doar două tipuri deeameţi, şi nu patru ca în cazul combinării independente a caracterelor în confor-litate cu legea a doua a lui Mendel {fig. 1.87). De aici putem deduce că genele ce

letermină corp gri - aripi normale şi corp negru - aripi rudimentare sunt plasate! acelaşi cromozom şi de aceea se transmit împreună, înlănţuit. Totalitatea genelor

ispuse pe un cromozom formează un grup de linkage (de înlănţuire). Numărulipelor de linkage este egal cu numărul haploid de cromozomi. De exemplu, laîzofilă distingem 4 grupe de linkage, la om - 23.

2. ÎNLĂNŢUIREA INCOMPLETA A GENELOR. RECOMBINAREA GENELOR INBAZA CROSSING-OVERULUI

în cea de a doua încrucişare de analiză - femelă virgină din Ft cu masculiîmozigoţi după ambele gene recesive - s-au obţinut rezultate total diferite de;le înregistrate în prima încrucişare de analiză (fig. 1.88. Deşi s-au obţinut patrulase fenotipice, raportul lor nu era de 1:1:1:1 conform legii segregării independenteapă fiecare pereche de caractere. Raportul real s-a dovedit a fi de: 41,5% deiusculiţe cu corp gri - aripi normale; 41,5% corp negru - aripi reduse, 8,5% corptgru - aripi normale şi 8,5% corp gri - aripi rudimentare. Prin urmare, în 83% de

b*vg*bvg

b vgbvg

vg*

*1.5% 41,5% 8,5% 8,5%

f. 1.88. A doua încrucişare de analiză.

1.89. Reprezentarea schematică a fenomenuluiI crossing-over.

b b*

vg vg vg*vg vg*

gârneţi crossing- gârneţiparientali over recombinaţi

91

Page 92: Biologie XII

cazuri s-a repetat îmbinarea părintească a caracterelor, iar în 17% au apărut îmbinărinoi ale acestora. Rezultatele obţinute nu se conformează nici cu înlănţuirea genelorplasate pe acelaşi cromozom. Experimentul a fost repetat pe musculiţe cu o altăîmbinare a caracterelor analizate mai sus, şi anume: corp negru - aripi normale şicorp gri - aripi rudimentare. Hibrizii din Fi moşteneau caracterele dominante:corp cenuşiu - aripi normale. S-au efectuat două încrucişări de analiză diferite. înprima s-au încrucişat masculi din Ft cu femele homozigote după ambele generecesive (corp negru - aripi rudimentare). în a doua, femelele din Fi s-au încrucişatcu masculi homozigoţi după ambele gene recesive. S-au obţinut aceleaşi rezultateca şi în cazul studiat anterior: în prima încrucişare de analiză toţi indivizii moştenirăîmbinarea părintească de caractere, în cea de a doua doar 83%, la 17% înregistrându-se caractere recombinate. Apariţia de indivizi cu caractere recombinate poate fiexplicată doar prin faptul că în cazul femelelor înlănţuirea genelor situate pe acelaşicromozom nu este completă. Cauza rezidă în schimbul reciproc de fragmenteomoloage dintre cromozomii omologi în timpul meiozei (fig. 1.89).

Amintiţi-vă după fig. 1.90 cum este numit fenomenul de schimb reciprocde fragmente omoloage dintre cromozomii omologi.

celulelehomozigo-

tuluirecesiv

66% de meioze fără 34% de meioze cucrossing-over

4

primadiviziun

100% de meiozefără crossing-over

16,5% 16,5% 16,5% 16,5% 8,5% 8,5% 8,5% 8,5%

41,5% de ga-meţi b* vg*

| byg byg*17% de gârneţi

recombinaţi\41,5% de gameti b vg |

J

25% 25% 25% 25%

700% de gârneţi identicibvg

83% gârneţi parientali

Fig. 1.90. Interpretarea cromozomială a rezultatelor celei de a doua încrucişări de analiză.

92

Page 93: Biologie XII

întrucât indivizii cu caractere recombinate alcătuiesc în cazul analizat 17% dindescendenţi, frecvenţa crossing-overului este de 17%. Procentul recombinărilor zi;pentru diferite gene este diferit şi depinde de distanţa dintre ele: cu cât acestea ^Z;sunt situate mai aproape, cu atât probabilitatea că ele se vor moşteni împreună (~jeste mai mare şi invers. Dar apare întrebarea de ce recombinarea genelor nu are tzloc în prima încrucişare de analiză? Studiile efectuate au arătat că la masculii de ^drozofilă crossing-overul nu are loc. Motivul nu este însă cunoscut. f ?

Generalizând cele expuse, putem afirma că genele localizate pe acelaşi ^cromozom se moştenesc înlănţuit, gradul de înlănţuire fiind determinat de distanţadintre ele. Această legitate a fost numită regula lui Morgan.

în baza celor spuse despre moştenirea înlănţuită a genelor plasate pe acelaşicromozom tezele de bază ale teoriei cromozomiale se formulează astfel:

• Genele sunt localizate în cromozomi unde ocupă un anumit locus. Diferiţi•omozomi conţin un număr diferit de gene.

• Genele sunt amplasate în cromozom într-o anumită consecutivitate lineară.• Genele alele ocupă acelaşi locus în cromozomii omologi.• Genele alele îşi pot schimba locurile, se pot recombina. Frecvenţa recombinării

I ţte direct proporţională cu distanţa dintre gene.• Genele dintr-un cromozom formează un grup de linkage, de aceea unele

tcaractere se moştenesc împreună.• Pentru fiecare specie este caracteristic un anumit număr de grupe de linkage,

egal cu numărul haploid de cromozomi.

3. HĂRŢILE CROMOZOMIALE

în baza rezultatelor încrucişărilor de analiză, T. Morgan şi discipolii săi auîs la concluzia că frecvenţa de apariţie a organismelor cu caractere recombinate

îflectă distanţa dintre gene. Observările au arătat că procentul de organisme curactere recombinate este mai mare la o distanţă mai mare dintre gene. Ideea at folosită de T. Morgan pentru determinarea distanţei dintre gene în cazul

Dzofilei. Astfel a fost întocmită prima hartă cromozomială: reprezentarea graficăamplasării genelor pe cromozomi (fig. 1.91). Hărţile cromozomiale mai sunt

lite şi hărţi genetice ale cromozomilor. Hărţile genetice se întocmesc pentru;care pereche de cromozomi omologi cu indicarea denumirii complete sau^scurtate a genei, distanţei în procente de la un capăt al cromozomului, luatept zero.întocmirea hărţilor cromozomiale presupune determinarea apartenenţei geneiun anumit grup de linkage şi corespunderii grupei de linkage studiate unui

lumit cromozom, precum şi a distanţei dintre gene. Apartenenţa genei la unîumit grup de linkage şi distanţa dintre gene se determină prin studierea

iltatelor încrucişărilor. Pentru stabilirea localizării grupului de linkage se>losesc cromozomii cu structură modificată. Cu acest scop, prin metode speciale,

93

Page 94: Biologie XII

I

normă mutaţie

III

normă mutaţie

IV

normă mutaţie

1:

cu

V

\ : Y— corp galben (cenuşiu); W— ochialbi (roşii); e c - perişori între faţete (lipsa lor);ev - absenţa unei nervuri de pe aripă(prezenţa ei); v- ochi rubinii (roşii); m- aripimici (normale); s- corp de culori închise (gri);f— perişori bifurcaţi (normali); 8 - ochi plaţi(rotunzi); car - ochi purpurii (roşii); bb -perişori scurţi (normali).

II: al- ariste scurte (normale); dp -aripiscurte (normale); d - picioare scurte(normale); b - corp negru (cenuşiu); pr— ochipurpurii (roşii); vg — aripi rudimentare(normale); c- aripi sucite (normale); a - aripiarcuite (drepte); sp - pată pe aripă (lipsapetei);

III: ni—faţete groase (normale); se-ochicafenii (roşii); D - număr redus de perişori(normal); p - ochi roz (roşii); ss - perişori scurţi(normali); e-corp negru (cenuşiu); ro- faţetegroase (normale); ca -ochi rubinii (roşii); Mg- perişori scurţi (normali).

IV : bt - aripi încovoiate (drepte); ey -lipsa ochilor (prezenţa ochilor).

Fig. 1.91. Hărţile genetice ale cromozomilor drozofîlei. Cifrele indică distanţa dintre gene şiunul din capetele cromozomului. Literele sunt abrevieri ale genei mutante.

94

Page 95: Biologie XII

se asigură trecerea unei porţiuni de cromozom la un alt cromozom. Ca urmare uncromozom se scurtează, iar altul se lungeşte. Aceste modificări structurale alecromozomilor sunt vizibile la microscop. Ulterior se face analiza genetică a descen-denţilor cu astfel de cromozomi, pentru a stabili care grup de gene au trecut de laun grup de linkage la altul.

Hărţile cromozomiale permit de a prevedea caracterul moştenirii caracterelor,iar în selecţie uşurează alegerea perechilor pentru încrucişare. Până în prezent aufost întocmite hărţile cromozomiale pentru drozofilă, muscă, şoarece, găină, om,ţânţar, grâu, orz, orez, roşii, porumb, drojdii, alge, bacterii, virusuri.

4 EREDITATEA EXTRACROMOZOMIALĂ

Pe lângă cromozomi, purtători ai informaţiei ereditare pot fi şi unele organitecelulare care posedă propriul ADN. în celulele eucariote astfel de organite suntcloroplastele şi mitocondriile, în funcţie de care deosebim respectiv moştenireaplastidică şi mitocondrială a caracterelor. Moleculele de ADN ale acestor organiteconţin informaţia despre propriile proteine, precum şi despre ARNm şi ARNt careparticipă la sinteza lor. întrucât organitele celulare sunt moştenite prin intermediulcitoplasmei, ereditatea extracromozomială mai este numită şi citoplasmatică.

Moştenirea plastidică a fost descoperită la unele plante: frumoasa-nopţii, gura-leului ş.a. La aceste plante, pe lângă frunzele verzi obişnuite, există şi frunze pestriţe.Moştenirea caracterului „frunze pestriţe" ţine de transmiterea la diviziunea celularăa două tipuri de plastide: verzi şi albe. Plastidele se divid autonom în celulă şi serepartizează la întâmplare între celulele-fiice. Celulele, ce conţin un amestec deplastide verzi şi albe, la diviziune formează trei tipuri de celule: cu plastide verzi,albe şi cu amestec de plastide verzi şi albe. Ca urmare, pe frunză vor apărea sectoare

erzi, pestriţe şi albe. Deoarece plastidele ajung la zigotprin intermediul citoplasmeiovulului, caracterul dat se moşteneşte pe linie maternă.

Moştenirea mitocondrială. Mitocondriile de asemenea conţin ADN inelar şidispun de propriul aparat de sinteză a proteinelor. Genele mitocondriale controlează

| două grupe de caractere ce ţin de activitatea sistemelor respiratorii şi rezistenţa laantibiotice şi alte toxine.

Ereditatea citoplasmatică masculină. La porumb, ceapă, sfeclă se întâlnescforme ce nu formează polen, sau formează polen steril. Fenomenul a fost numitsterilitate citoplasmatică masculină şi este determinat de particularităţile

I citoplasmei. La polenizarea plantelor cu sterilitate masculină cu polen normal în[majoritatea cazurilor se obţin plante cu polen steril. La repetarea acestei încrucişări[pe parcursul mai multor generaţii, sterilitatea masculină nu dispare, transmiţându-[se pe linie maternă.

în unele cazuri, deşi este evidenţă moştenirea extracromozomială a caracterului,mu poate fi determinată structura responsabilă de dezvoltarea caracterului dat.

95

Page 96: Biologie XII

z=^ 1. Analizaţi biografia fui T, Morgan,

—1 2» Enumeraţi particularităţile structurale aie musculiţei Drosophila melano-ix^ gaster care au făcut din ea un obiect al cercefărilor genetice.

~ 3- Explicaţi prin schemă rezuitateie experimentelor făcute de Morgan pe<f museuiiţa de oţet.

O 4, Alegeţi răspunsurile corecte,

1. Drosophila melanogaster constituie un excelent material de cercetare,deoarece:

a) are un număr redus de cromozomi;b) prezintă un mare număr de gene mutante;c) toate celulele conţin cromozomi gigantici;d) generaţiile se succed la intervale mici de timp.

2. Fenomenul de linkage:a) este contrar legii a ll-a a lui Mendel;b) se manifestă numai în cazul genelor situate pe acelaşi cromozom;c) contravine legii I a lui Mendel;d) nu vine în contradicţie nici cu una din legile lui Mendel.

3. Crossing-overul:a) are loc numai în mitoză;b) are loc numai în meioză;c) poate avea loc şi în interiorul genei;d) prezintă schimbul reciproc de gene plasate pe cromozomi pereche.

4. Numărul de gene la Drosophila melanogaster este de aproximativ:a) 4 gene; c) 8000 gene;fa) 16 gene; d) 5000 gene.

5. Cei mai mici cromozomi la Drosophila melanogaster formează:a) perechea I; C) perechea III;b) perechea II; d) perechea IV.

5. Elucidaţi esenţa şi rolul hărţilor cromozomiale.

6. Probleme.

La om locusul factorului RH rezus e înlănţuit cu locusul ce determină formaeritrocitelor şi se află la o distanţă de 3 morganite de el (C. Stern, 1965). Rh-pozitivşi eliptocitoza (eritrocite eliptoidale) sunt determinate de gene autozomale dominante.Unul dintre soţi este heterozigot după ambele caractere, Rh-pozitiv moştenindu-lde la un părinte, iar eliptocitoza de la celălalt. Al doilea soţ are Rh-negativ şi eritrocitenormale. Determinaţi coraporturile procentuale ale genotipurilor şi fenotipurilorprobabile ale copiilor din această familie.

96

Page 97: Biologie XII

MOŞTENIREA CARACTERELORCUPLATE CU SEXUL!

1 DETERMINISMUL CROMOZOMIAL AL SEXELOR 2 DIFERENŢIEREA SEXULUI3 EREDITAREA ALELELOR SEX-LINKAGE 4 MOŞTENIREA CARACTERELORLIMITATE Şl CONTROLATE DE SEX

1. DETERMINISMUL CROMOZOMIAL AL SEXELOR

Sexul reprezintă o totalitate de caractere şi însuşiri ale organismului care asigură[reproducerea şi transmiterea informaţiei genetice prin intermediul gârneţilor.Caracterele care determină deosebirile dintre indivizii de sex opus (dimorfismul•exual), numite sexuale, se diferenţiază în primare şi secundare. Caracterele sexualeI rimare includ un şir de particularităţi morfologice şi fiziologice care asigură

)rmarea gârneţilor şi contopirea lor la fecundaţie. Caracterele sexuale secundarebontribuie indirect la întâlnirea şi împerecherea indivizilor de sex opus. Printre

acestea pot fi enumerate: deosebirile în culoarea, forma şi dimensiunile penelor larăsări, mărimea glandelor mamare la mamifere, înotătoarelor la peşti etc.

Enumeraţi caracterele sexuale primare şi secundare la om.

Determinarea sexului poate avea loc la diferite etape ale ciclului reproductiv.i Rotatoria, Phylloxera vastartix şi Dinophilus sexul zigotului se determină încătimpul ovogenezei. Repartizarea neuniformă a citoplasmei în ovogeneză duce

i formarea a două tipuri de ovule: mari şi mici. Din cele mari după fecundaţie seszvoltă femele, iar din cele mici - masculi. Acest tip de determinare a sexuluiste numitprogamic. La insecte, arahnide, crustacee, peşti, păsări, mamifere, reptilepcul se determină în timpul fecundaţiei. Acesta este cel mai răspândit tip deîterminare a sexului şi este numit singamic. Pentru unele animale, de exempluiermele marin Bonellia viridis, este caracteristică determinarea sexului dupăpcundaţie. Astfel, din larvele ce plutesc liber în apă se dezvoltă femele, iar dinele ce se fixează de trompa femelei sau se află în apropierea acesteia - masculi.

Apare întrebarea, de ce depinde sexul viitorilor indivizi în cazul tipului singamicdeterminare a sexelor? Observările geneticienilor au arătat că în limitele unei

masculii şi femelele se nasc în proporţii egale, adică, segregarea după sexste apropiată de 1:1. Acest raport numeric coincide cu segregarea obţinută la

ologie, ci. a XII-a „ _

Page 98: Biologie XII

cu

încrucişarea de analiză când unul din părinţi este heterozigot (Aa), iar celălalt homozigotdupă gena recesivă (aa). în cazul când acceptăm ideea că sexul se moşteneşte dupăacelaşi principiu, unul din sexe trebuie să fie homozigot, iar celălalt - heterozigot.Această presupunere a fost expusă încă de G. Mendel, ulterior fiind confirmatăexperimental de E. Wilson şi MacClang pe exemplul insectelor. Ei au observat căcariotipul femelelor şi masculilor se deosebesc după o pereche de cromozomi, numiţimai târziu sexuali. Deosebirile dintre cromozomii sexuali s-au dovedit a fi cantitativeşi calitative. La ploşniţa-de-iarbă Protenor, femelele poartă doi cromozomi sexualiidentici - doi cromozomi X, iar masculii doar unul. Genotipul femelei poate fi notatca 2A + XX, iar a masculului - 2A + XO (2A reprezintă garnitura diploidă de autozomi).La o altă specie de ploşniţă-de-iarbă - Ligaeus, numărul de cromozomi sexuali esteegal la ambele sexe, numai că femelele conţin doi cromozomi sexuali identici XX, iarmasculul doi cromozomi sexuali diferiţi - XY. Schematic moştenirea sexului în cazulisectelor descrise se prezintă astfel:

Protenor

P 9

Din schemă se vede că în ambele cazuri femela formează un tip de gârneţi, iarmasculii - două (X şi O, sau X şi Y), la un număr egal de autozomi. Ambele tipuride gârneţi masculini se formează în proporţie egală de 1:1, deoarece la baza formăriilor stă meioza. Sexul, care formează un singur tip de gârneţi după cromozomii sexuali,este numit homogametic, iar cel ce formează două tipuri de gârneţi - hetemgametic.Sexul heterogametic poate fi de două tipuri: XO sau XY. Tipul XO a fost numitfluture şi este caracteristic pentru ortoptere, multe specii de căpuşe, gândaci, păianjeni,polichete, nematode. Tipul XY poartă denumirea de Drosophilla şi se întâlneşte ladiptere, mamifere, peşti, plantele dioice şi la om.

întrucât la drozofilă femela este homogametică, sexul zigotului este determinatde mascul (fig. 1.92). La fecundaţia ovulului de către un spermatozoid ce poartăcromozomul X va rezulta un individ de sex feminin. Dacă spermatozoidul poartăcromozomul Y (sau este lipsit de cromozom sexual), individul va fi de sex masculin.La fel se determină sexul şi la om (fig. 1.93).

Cercetările au arătat că la toate păsările, la unele specii de nevertebrate, amfi-bieni, reptile şi plante sexul heterogametic sunt femelele. Ele formează două tipuride ovule: Z sau W. Masculii sunt homogametici şi formează un singur tip de

98

Page 99: Biologie XII

ci

Fig. 1.92. Determinismul cromozomial alsexelor la Drozofilla.

Fig. 1.93. Determinismul cromozomial alsexelor la om.

}fig. 1.94. Tipul Abraxas de deter-minare a sexului.

g. 1.95. Tipul haploid de deter-iism cromozomial al sexului.

spermatozoizi - Z. Tipul ZW de determinare asexului a fost numit Abraxas (fig. 1.94).

în natură se întâlneşte şi un tip specific dedeterminism cromozomial al sexelor - haploid.El este caracteristic pentru o serie de insecte cumar fi albina meliferă, viespile şi furnicile. Laaceste animale cromozomii sexuali lipsesc, sexulfiind determinat de ploiditatea cromozomilor(fig. 1.95). De exemplu, la albina meliferă reginadepune două tipuri de ouă, dintre care o partefecundate, cu garnitura diploidă de cromozomi(2n), iar altă parte nefecundate, cu o garniturăhaploidă (n). Din cele fecundate se dezvoltăalbine lucrătoare şi regine, iar din cele nefecun-date - masculi (trântori).

Teoretic toate tipurile enumerate de determinismcromozomial al sexului asigură un raport constantal sexelor de 1:1. în realitate se nasc mai mulţiindivizi de sex masculin. La om, în momentulconceperii, la 100 de embrioni fetiţe revin circa150 de embrioni băieţei. Unii cercetători explicăfenomenul prin viabilitatea mai înaltă a sperma-tozoizilor purtători ai cromozomului Y faţă de ceice poartă cromozomul X. în primele luni de sarcinăsunt eliminaţi mai mulţi embrioni de sex masculin,astfel încât la momentul naşterii la 106 băieţei revin100 de fetiţe.

oo

Page 100: Biologie XII

2. DIFERENŢIEREA SEXULUI

_ _ i

2cu

Determinarea sexului este urmată de dezvoltarea caracterelor sexuale primareşi secundare, prin urmare şi diferenţierea lui. Studiind rolul glandelor sexuale îndiferenţierea sexelor, savanţii au observat că la înlăturarea testiculelor cocoşulcapătă caractere de găină. Dacă acestei „găini" i se transplantează testicule de laun cocoş normal, caracterele de mascul se restabilesc. Rezultatele acestui expe-riment şi a multor altora au sugerat ideea că organismele genetic sunt bisexuate,adică dispun de gene ce determină dezvoltarea ambelor sexe, dar într-un raportdiferit. La masculi predomină genele ce asigură dezvoltarea sexului masculin, iarla femele - a celui feminin. Aceste gene controlează secreţia de hormoni sexualicare şi asigură diferenţierea sexului. Se cunosc hormoni sexuali masculini -androgenii, şi feminini - estrogenii şi progesteronul. Ambele tipuri de hormonisunt prezente atât la masculi, cât şi la femele, dar într-un raport cantitativ diferit.

Amintiţi-vă care sunt glandele producătoare de hormoni sexuali la om.

întrucât nivelul acestor hormoni în sânge este controlat de genele ce determinăsexul, la mascul vor predomina androgenii, iar la femelă - estrogenii şi progeste-ronul. în caz de schimbare a raportului hormonal specific sexului dat, de exempluprin castrarea masculilor, ca în experimentul descris mai sus, sau ca urmare a unordereglări hormonale, se creează condiţii pentru dezvoltarea caracterelor sexualespecifice celuilalt sex. Bisexualitatea ereditară a organismelor este confirmată decazurile de schimbare a sexului în ontogeneză în condiţii naturale şi experimentale.La vitele mari cornute, gemenii unisexuali sunt normali, spre deosebire de ceibisexuali. în caz de bisexualitate, viţelul este normal, iar viţeluşa, de regulă, esteintersexuală şi sterilă - genitaliile externe sunt de tip feminin, iar cele interne -masculin. Aceste schimbări sunt cauzate de faptul că testiculele încep să funcţionezeînaintea ovarelor, influenţând prin secreţia de hormoni sexuali masculini dezvolta-rea embrionului feminin.

Prin acţiunea preparatelor hormonale s-a reuşit schimbarea sexului la uneleanimale chiar până la formarea de gameţi de sex opus. Astfel de rezultate au fost

obţinute în experimentele pe tri-Schema 1.3

PREDETERMINAREA HORMONALĂ A SEXULUILA PEŞTII ORYZIAS LATIPES

p â XrYR roşii X 9 X X albi

x r x r x r x r XrYR

t o n {pieurodeles waltlii), unelebroaşte (Xenovus laevus) Destioroaşte (Aenopus laevus), peşti(Oryzias latipes), păsări şi alteanimale. Să urmărim una dinaceste schimbări de sex pe exem-plul peştişorilor decorativi. Laaceşti peştişori heterogameticeste sexul masculin (XY), iarhomogametic - cel feminin (XX).

100

Page 101: Biologie XII

Pentru experiment s-au luat peştişori roşii şi albi. Gena dominantă a culorii roşiise află pe cromozomul Y, iar alela recesivă - pe cromozomul X. Prin urmare,femelele albe au genotipul XrXr, iar masculii roşii XrYR {schema 1.3). Masculiirezultaţi din această încrucişare erau roşii, iar femelele - albe. Până la diferenţiereaglandelor sexuale, toţi masculii au fost împărţiţi în două grupe. Cei din prima erauhrăniţi normal, iar în mâncarea celor din grupa a doua s-a adăugat hormon sexualfeminin. în consecinţă, toţi masculii din grupa a doua genotipic continuau sărămână masculi, iar fenotipic erau femele cu ovare normale şi caracteresexuale secundare feminine. Ei se încrucişau liber cu masculi roşii normali.

Determinaţi segregarea după sex în cazul încrucişării ? XrY* xt?X'

Rezultatele acestui experiment confirmă că bisexualitatea este determinată ge-netic şi că diferenţierea sexului poate fi schimbată în ontogeneză.

G

3. EREDITAREA ALELELOR SEX-LINKAGE

Moştenirea genelor localizate în autozomi nu depinde de faptul care dintrepărinţi este purtătorul lor: atât la încrucişarea directă (AA x aa), cât şi la ceaindirectă (aa x AA) se obţin aceleaşi rezultate.

Demonstraţi că în cazul încrucişării directe şi a celei indirecte se obţinaceleaşi rezultate.

Moştenirea caracterelor cuplate cu sexul în caz de sex feminin homoga-metic. Pentru a afla dacă această regulă este valabilă şi pentru genele localizate încromozomii sexuali, să analizăm rezultatele experimentelor lui T. Morgan destudiere a moştenirii culorii ochilor la drozofilă. La încrucişarea femelelor cu ochiroşii cu masculi cu ochi albi w (din eng. white - alb) (încrucişarea directă), toţihibrizii din F, aveau ochi roşii {fîg. 1.96), ceea ce demonstrează că culoarea roşiea ochilor este dominantă, iar cea albă - recesivă. La încrucişarea hibrizilor din Fjintre ei, în F2 s-au obţinut două clase fenotipice: 75% de musculiţe aveau ochiroşii şi 25% - ochi albi. Analiza sexuală a descendenţilor a arătat că ochi roşii:\eau toate femelele şi jumătate din masculi, iar ochi albi cealaltă jumătate din

masculi.în cazul încrucişării indirecte - femelă cu ochi albi şi mascul cu ochi roşii

(fig. 1.97) - în Fj s-au obţinut două clase fenotipice în raport de 1:1. Fiicele moşte-nise caracterul tatălui, iar fiii - caracterul mamei. La încrucişarea hibrizilor din F!intre ei s-a obţinut acelaşi raport al hibrizilor de 1:1. Ambele grupe fenotipice eraureprezentate în număr egal de masculi şi de femele.

Rezultatele încrucişării directe corespund legilor mendeliene, ceea ce nu sepoate spune despre încrucişarea indirectă. Deosebirile rezultatelor celor două încru-cişări arată că moştenirea culorii albe a ochilor depinde de faptul care părinte este

101

Page 102: Biologie XII

? ochi roşii

F, i musculitecu ochi roşii

â ochi albi

50% 950% d

50% 925% â

Ş ochi roşii X (51 och/ a/6/

Xw Y

? \

fa*)50%

fxwj50%

v n y 50%25%

Xw+ Xw+

Ş ochi roşii

25%

X w

+ Xw

Ş och/ raş/7

(vV-^ — S 50%

25%

X w ^ Y

ţ j och/ roş//

25%

Xw Y

(J och/ a/W

Fig. 1.96. încrucişarea directă.102

F,

P fenotip

genotip

gârneţi

F1

1 ochi roşii din Fj

Xw+

Xw+J50%

Y

CYJI —

J 50%

X Ş ochi roşii din F1

XA/ + XW

(xwy Txwj50% 50%

Fi* Fi

fenotip

genotip

gârneţi

? ochi albi50% musculite \cu ochi roşii )

50% musculitecu ochi roşii

50% musculifecu ochi roşii

50% musculitecu ochi roşii

Ş ochi albi X

Xw Xw

ochi roşii

toţi d

25% 925% â

25% 925% â

(51 ochi roşii

Ş ochi roşii din F( X (J ochi albi din Fj

X w

+ Xw Xw Y

[X .50%

Xw» S

50%

25%

Xw+ Xw

Ş ochi roşii

25%

Xw Xw

Ş ochi albi

25%

X w+ Y

$ ochi roşii

25%

Xw Y

(J ochi albi

Fig. 1.97. încrucişarea indirectă.

Page 103: Biologie XII

purtătorul acestei gene. Putem presupune că gena dată este localizată pecromozomul sexual X, deoarece cromozomul Y genetic este inert. în acest caz —deosebirile dintre cele două încrucişări sunt explicabile. Femelele la drozofilă ^ j -sunt homogametice (XX), iar masculii - heterogametici (XY). Prin urmare, ceidoi cromozomi sexuali X ai femelelor cu ochi albi din încrucişarea indirectă vor f—-purta alela recesivă, iar unicul cromozom sexual X al masculilor cu ochi roşii - O-gena dominantă. întrucât fiicele din Fj sunt heterozigote după caracterul dat, -1*primind un cromozom X de la mamă şi unul de la tată, fenotipic vor moşteni ' Ucaracterul tatălui - ochi roşii. Singurul cromozom X al fiilor din F1 parvine de lamamă şi de aceea fiii moştenesc caracterul mamei - ochi albi (fig. 1.97).

în baza analizei rezultatelor experimentelor descrise mai sus putem afirma cucertitudine că moştenirea caracterelor determinate de gene localizate pe cromozomiisexuali depinde de repartizarea lor în meioză şi de recombinarea la fecundaţie.întrucât sexele se deosebesc după cromozomii sexuali, rezultatele încrucişărilorreciproce diferă. Dacă purtătoarea caracterului dominant este mama, toţi hibrizii

j din Fj vor moşteni caracterul mamei, deoarece atât fiicele, cât şi fiii primesc uncromozom X de la mamă. în cazul când purtătorul caracterului dominant estetatăl, caracterul lui va fi moştenit de fiice, un cromozom X al cărora este de originepaternă. Fiii însă vor moşteni caracterul mamei, întrucât unicul lor cromozom XIste moştenit de la mamă. Acest tip de moştenire a caracterului de la mamă la fiuşi de la tată la fiice este numit în cruce sau criss-cross.

Moştenirea caracterelor determinate de gene amplasate pe cromozomul X a fost studiată şipe exemplul altor animale. De exemplu, la pisică se întâlneşte o coloraţie specifică a blăniiconstând din alternarea petelor negre şi roşcate. Pisoi cu o atare coloraţie nu se întâlnesc, lucruinexplicabil până când nu s-a stabilit că moştenirea acestui caracter este cuplată cu sexul.Studiile au arătat că culoarea neagră se datorează alelei B, iar cea roşcată - alelei b. Ambelealele sunt localizate pe cromozomul X. în acest caz fenotipurile enumerate sunt determinatede următoarele genotipuri:

XBXB- pisică neagră; X"Xb - pisică roşcată; XBXb - pisică cu pete negre şi roşcate; XBY -pisoi negru; XbY - pisoi roşcat.

Amintiţi-vă ce tip de interacţiune a genelor alele avem în cazul pisicilorcu pete negre şi roşcate.

La om sunt studiate circa 150 de gene sex-linkage. Cu unele din ele vă veţi faceinoscut la studierea temei "Genetica omului".

Moştenirea caracterelor cuplate cu sexul în caz de heterogameţie a sexului. minin. Să urmărim cum se va moşteni penajul pestriţ la găini (fig. 1.98). Acestaracter este determinat de gena dominantă B, localizată pe cromozomul sexual X.i cazul încrucişării directe - femele pestriţe cu mascul cu penaj negru - cocoşeii

103

Page 104: Biologie XII

dinFj aveau penaj pestriţ, deoa-rece moşteneau gena dominantăde la mamă. Puicuţele din Fjaveau penaj negru, deoareceunicul lor cromozom X era deorigine paternă. La încrucişareafemelelor cu penaj negru cumasculi pestriţi, toţi puişorii dinFt erau pestriţi. Rezultatele aces-tor încrucişări ne demonstreazăîncă odată că moştenirea carac-terelor sex-linkage corespundepe deplin repartizării cromo-zomilor sexuali în meioză şicombinării lor la fecundaţie.

Importanţa practică a moştenirii caracterelor cuplate cu sexul. Cunoaştereacaracterelor cuplate cu sexul dă posibilitatea de a separa descendenţa după sexîndată după naştere. în avicultura este foarte important de a stabili sexul puilor deo zi după fenotip în vederea hrănirii lor separate, cocoşii fiind crescuţi pentrucarne. în sericicultură, prin restructurarea cromozomială, alelele ce determinăculoarea ouălor au fost "plasate" pe cromozomii sexuali. Astfel s-a reuşit "colo-rarea" gogoaşelor produse de masculi, din care, de regulă, se obţin cu 20-30%mai multă mătase. Cu ajutorul unei maşini de sortare, care funcţionează pe bazăde fotoelemente, ouăle se separă după culoare, asigurându-se o alimentare maicalorică celor colorate.

F-,

Fig. 1.98. Moştenirea penajului la găini (caractercuplat cu sexul).

4 MOŞTENIREA CARACTERELOR LIMITATE Şl CONTROLATE DE SEX

Se cunosc caractere determinate de gene localizate pe cromozomii sexuali sauautozomii ambelor sexe, dar care se manifestă doar la indivizii unui sex. Astfel decaractere sunt numite limitate de sex. Drept exemplu pot servi producţia de lapteşi conţinutul de grăsime în lapte, producţia de ouă etc. Masculii sunt purtători aigenelor ce determină aceste caractere pe care le transmit fiicelor, la ei însă acestecaractere nu se manifestă.

Dominanţa unor gene depinde de sexul individului, de aceea caractereledeterminate de aceste gene sunt numite controlate de sex. De exemplu, dezvoltareacoarnelor la oi este determinată de gena dominantă H, lipsa lor - de gena recesivăh. Masculii heterozigoţi Hh vor avea coarne, iar femelele cu acelaşi genotip (Hh i- nu. Gena dominantă se va manifesta la femele numai în stare homozigotă, la felşi cea recesivă la mascul. După acelaşi principiu se moşteneşte şi chilia la femei şibărbaţi. La bărbaţi gena chiliei domină, iar la femei - nu, de aceea bărbaţiiheterozigoţi după această genă vor fi pleşuvi, iar femeile - nu.

104

Page 105: Biologie XII

7 O

1. Descrieţi mecanismul următoarelor tipuri de determinism cromozomialal sexului: a) progamîc; b) singamic.

2, Asociaţi noţiunile din cele două coloane:

a) tip Protenor 1)XYb) tip Abraxas 2) XXc) tip Drosophila 3) XOd) tip haploid 4) Oe) tip fluture 5) ZZ

6)rt

3. Explicaţi schema moştenirii alelelor sex-linkage pe exemplul încrucişă-rilor efectuate de Morgan.

4. Analizaţi schema moştenirii criss-cross a caracterelor.

5. Probleme.

A. Hemofilia clasică se transmite drept caracter recesiv înlănţuit cu cromozomulX. Un bărbat sănătos se căsătoreşte cu o femeie ce nu suferă de hemofilie, tatălcăreia suferea însă de hemofilie. Determinaţi genotipurile descendenţilor acestuicuplu.

B. O femeie cu ochi căprui şi vedere normală, tatăl căreia avea ochii albaştri şisuferea de daltonism, s-a căsătorit cu un bărbat cu ochi albaştri şi vedere normală.Ce genotipuri pot avea descendenţii acestui cuplu, dacă se ştie că gena ochilorcăprui se transmite drept caracter dominant autozomal, iar gena cecităţii cromatice(daltonismului) este recesivă şi este înlănţuită cu cromozomul X.

6. Alegeţi răspunsurile corecte:1. Tipul Drosophila de determinism cromozomial al sexelor:

a) este specific omului;b) este caracteristic tuturor insectelor;c) femela în acest caz este homogametică;d) se întâlneşte şi la lăcuste.

2. Cromozomul Y uman:a) este un cromozom de talie mare comparativ cu cel de tip X din aceeaşipereche;b) conţine acelaşi număr de gene ca şi cromozomul omolog X;c) unele gene de pe cromozomul Y pot suferi mutaţii;d) determină sexul masculin la om.

105

Page 106: Biologie XII

§ VARIABILITATEAORGANISMELOR

1 FORMELE VARIABILITĂŢII 2 VARIABILITATEA NEEREDITARĂ 3 VARIABILI-TATEA EREDITARĂ 4 ALEUSMUL MULTIPLU 5 LEGEA ŞIRURILOR OMOLOAGEALE VARIABILITĂŢII EREDITARE 6 SECURITATEA GENETICĂ

1. FORMELE VARIABILITĂŢII

Amintiţi-vă noţiunea de variabilitate (a se vedea p. 39).

Diversitatea uimitoare de organisme ce populează Terra sunt consecinţa varia-bilităţii - cea de a doua proprietate fundamentală a organismelor datorită căreiaindivizii aceleiaşi specii se deosebesc după unul sau mai multe caractere: dimen-siunile corpului sau organelor, forma lor, pigmentaţia, particularităţile structuraleşi funcţionale etc. Cercetările au arătat că variabilitatea este generată de douăgrupe de factori: 1) deosebirile în genele moştenite de la părinţi şi 2) influenţacondiţiilor de mediu în care are loc dezvoltarea individuală. în funcţie de factoruldeclanşator, deosebim două forme ale variabilităţii {schema 1.4):

Schema 1.4

:

neereditară (fenotipică, modificativă) ereditară (genotipică)

combinativă mutaţională

Variabilitatea vizează atât caracterele calitative, cât şi cantitative ale organis-melor. Caracterele calitative reprezintă o descriere tipologică a organismelor:culoarea şi forma fiorii şi ale fructului, culoarea blănii, forma nasului, culoareaochilor ş.a. Moştenirea caracterelor calitate are loc în conformitate cu legilemendeliene. Caracterele determinate prin măsurări reprezintă caractere cantitative,de exemplu, greutatea fructelor, seminţelor, producţia de lapte, de ouă, de carneş.a. Acest tip de caractere este determinat de mai multe gene şi de aceea moştenirealor se abate de la legile mendeliene.

106

Page 107: Biologie XII

2 VARIABILITATEA NEEREDITARA

Observaţi şi comentaţi deosebirile în forma frunzelor plantelor din fig,1.99 în funcţia de raportul lor faţă de apă.

în a. 1865 botanistul german K. Năgeli a făcut publice rezultatele observărilor salesupra manifestării aceloraşi genotipuri în diferite condiţii de viaţă. Cultivând formetontane de vulturică pe soluri fertile al Grădinii botanice din Miinchen, el a constatată fenotipul acestora s-a schimbat radical: plantele erau viguroase, înfloreau abundent,itorcând aceste forme pe solurile sărace de munte,;notipul lor a revenit la cel iniţial.

La unele plante acvatice, de exemplu la floarea-roştească, frunzele de la suprafaţa apei sunt maiectate decât cele scufundate în apă (fig. 1.99, A),eşi genotipul lor este acelaşi. La o altă plantăcvatică - săgeata-apei - frunzele prezintă trei va-iante de forme în funcţie de raportul lor faţă depă: submerse (în formă de panglică), plutitoare (ova-î) şi aeriene (în formă de săgeată) (fig. 1.99, B, Q.ixemplele prezentate sunt o dovadă elocventă aDlulul mediului în manifestarea fenotipică a geno-pului.

Drept exemple ale variabilităţii modificativei lumea animalelor pot servi determinarea sexu-ii la viermele marin Bonellia (a se vedea p. 98),recum şi schimbarea culorii blănii la iepurele; Himalaya. La naştere, iepuraşii de această rasă

unt albi. Dacă dezvoltarea lor de mai departeloc la temperatura de 30°C, ei rămân albi.

i temperaturi mai joase, urechile, coada, labelebotişorul devin negre. Dacă unui iepure de

limalaya i se rade părul de pe spate şi regiunea»tă se răceşte (prin aplicarea unei pungi cu

ă), în scurt timp ea se va acoperi cu părkgru. La îndepărtarea părului de pe urechi, înondiţii obişnuite (t = 20°C) va creşte tot părfcru, iar la aplicarea unei comprese calde-; 0°C) - păr alb. Aceste experienţe explică de

la naştere iepurii de Himalaya sunt completîi - dezvoltarea lor embrionară decurge laiperatură înaltă. Prin urmare, pentru fiecareîiune a corpului există o temperatură limită,

Fig. 1.99. Variabilitatea neere-ditară la: A - floarea-broştească; B- C - săgeata-apei.

107

Page 108: Biologie XII

25-27_ _ 1

oal

0-14"

Fig. 1.100. Harta temperaturilorlimită de dezvoltare a pigmentaţieiblănii la iepurele de Himalaya.

mai sus de care creşte blană albă, iar sub aceastălimită - neagră {fig. 1.100). Prin urmare, mani-festarea genei responsabile de culoarea blăniidepinde de temperatură.

Varietatea fenotipurilor care apar la organis-mele cu acelaşi genotip sub influenţa condiţiilorde mediu prezintă variabilitatea modificativă saumai simplu - modificări. Acest tip de variabili-tate nu afectează integritatea genotipului, fiinddoar o adaptare a acestuia la condiţiile concretede viaţă. Nemoştenirea modificărilor a fost de-monstrată de botanistul francez G. Bonnier.Ţinând cont de faptul că păpădia şi gulia se potînmulţi vegetativ prin butaşi de rădăcină, bota-nistul a împărţit rădăcinile mai multor gulii şipăpădii (fig. 1.101) înjumătăţi egale. O partele-a plantat în regiune montană, iar cealaltă peşes. Din butaşii de rădăcină plantaţi pe şes s-audezvoltat plante cu tulpina înaltă (fig. 1.102, A),iar cei plantaţi pe terenuri muntoase aveau tul-

pină scurtă sau aceasta lipsea complet, planta prezentând o rozetă de frunze lipitede pământ (fig. 1.102, B). Aceleaşi rezultate le-a obţinut şi în cazul păpădiei. Deşiplantele aveau acelaşi genotip, fenotipul lor s-a dovedit a fi diferit ca urmare acondiţiilor diferite de creştere. Pentru a afla dacă modificările dobândite se transmit

urmaşilor, Bonnier a semănat seminţele recoltate de la plantelecrescute la munte în condiţii de şes. Spre mirarea lui, din acesteaau crescut plante cu tulpina înaltă. Prin urmare, schimbareacondiţiilor de viaţă a dus doar la modificarea fenotipului, genotipulrămânând neschimbat.

Nemoştenirea modificărilor a fost demonstrată şi pe exemplul

Fig. 1.101, Ilustrarea experienţeilui G. Bonnier cu păpădia.

Fig. 1.102. Experienţa efectuată de G. Bonnier: A - gulie crescută pe şesB - gulie crescută la înălţimea de 2 400 m.; C - gulia din B mărită.

108

Page 109: Biologie XII

primulei. în condiţii normale de creştere (în cameră), florile ei sunt roşii. Dacă întimpul formării bobocilor de floare planta este mutată într-o seră cu aer umed şi zritemperatura de 30-35°C, florile ce se desfac din aceşti boboci de floare vor fi albe.La reîntoarcerea plantei în cameră, din bobocii de floare formaţi în seră se vor forma ;flori albe, iar din cei dezvoltaţi în cameră - flori roşii. Plantele crescute din seminţele ':zformate de florile albe în condiţii de cameră dau flori roşii. Prin urmare, la schim-barea condiţiilor de creştere s-a modificat fenotipul florilor, nu şi genotipul lor.

Pentru a demonstra că urmaşii nu moştenesc modificările părinţilor, A. Weismann ~Ja montat următorul experiment. Pe parcursul a 22 de generaţii el a tăiat cozile laşobolani şi i-a încrucişat între ei. în urma acestor încrucişări a obţinut 1592 deurmaşi, dar nici unul nu avea coadă scurtă.

Cum credeţi, care caractere, cantitative sau calitative, sunt mai puternicinfluenţate de condiţiile de creştere?

Variabilităţii modifîcative sunt supuse atât caracterele calitative, cât şi celeImtitative. Dovadă servesc exemplele prezentate mai sus. Caracterele cantitative,•să, de exemplu, conţinutul de gluten în boabele de grâu, variază în limite mai mariin funcţie de condiţiile de creştere, decât caracterele calitative ale acestora: forma,:uloarea ş.a. Cele spuse sunt valabile şi pentru caracterele cantitative şi calitativeale animalelor. De exemplu, dacă mieilor univitelini li se creează condiţii diferite decreştere, variabilităţii vor fi supuse mai ales caracterele lor cantitative (de exemplu,masa corporală), mai puţin cele calitative (de exemplu, calitatea lânii).

în cazul omului variabilitatea modificativă a fost studiată pe exemplul gemenilor•nivitelini. Genotipic aceştia sunt absolut identici, fenotipic însă vor fi identicinumai dacă vor creşte în condiţii absolut identice sau cel puţin asemănătoare.Observarea gemenilor univitelini care au trăit în condiţii diferite de viaţă a permisvabilirea influenţei condiţiilor de viaţă asupra diferitelor caractere şi însuşiri aleDmului. în urma cercetărilor s-a constatat că cel mai mult se supun variabilităţii•a caractere ca înălţimea, masa corporală, imunitatea, aspectul exterior ş.a.

Norma de reacţie. Variabilitatea oricărui caracter nu este nelimitată. De^xemplu, de la o vacă în condiţii naturale se pot obţine pe durata lactaţiei 800-1200 1 de lapte. La îmbunătăţirea condiţiilor de întreţinere acest indice poate firidicat până la 25001. Prin urmare, producţia de lapte poate varia în limitele 800-|500 1 care reprezintă norma de reacţie a caracterului dat. Pentru fiecare caracter

-te specifică o anumită normă de reacţie. în cazul caracterelor cantitative ea estemai mare, deoarece dezvoltarea lor este mai puternic influenţată de condiţiile dereştere. De aici deducem că organismele nu moştenesc caracterul ca atare, ci

poar capacitatea de a forma un anumit caracter în condiţii concrete de viaţă, adică) anumită normă de reacţie a caracterului dat. Anume capacitatea organismului de| reacţiona la condiţiile mediului de viaţă prin modificarea în limitele normei deîacţie şi reprezintă variabilitatea neereditară.

Toate caracterele şi însuşirile fiecărui soi de plante de cultură şi rasă de animale

109

Page 110: Biologie XII

domestice se pot modifica doar în limitele normei de reacţie. De aceea încercările: de a obţine roade înalte, de a spori productivitatea animalelor domestice numai în

_, baza. ridicării nivelului agrotehnic, îmbunătăţirii condiţiilor de întreţinere nu sunt""> întemeiate. în primul rând este necesar de a crea noi soiuri de plante şi rase de—, animale cu un genotip îmbunătăţit, cu noi norme de reacţie a caracterului dorit,

receptiv la condiţiile bune de creştere şi întreţinere.Şirul variabilităţii modificative. La măsurarea lungimii spicelor (în cm) din-

tj^ tr-un lan de grâu s-au obţinut următoarele date: 6,8; 7,2; 10,8; 13,2; 9,5; 7,6; 10,2;12,8; 13,9 etc. Acestea reflectă variabilitatea modificativă a caracterului dat caurmare a condiţiilor diferite de dezvoltare. Aranjând aceste date în ordinecrescătoare, vom obţine şirul variabilităţii lungimii spicului, numit şi şirulvariaţional: 6,8; 7,2; 7,6; 9,5; 10,2; 10,8; 12,8; 13,2; 13,9. Limitele variabilităţiidupă lungimea spicului sunt cuprinse între 6,8 şi 13,9 cm. Aceste limite reflectădiapazonul normei de reacţie. Reprezentând grafic variabilitatea acestui caracter,obţinem curba variaţională.

Determinaţi după curba variaţională din fig. 1.103 valoarea medie acaracterului, variabilitatea căruia este reprezentată.

Lungimea seriei variaţionale este determinată de condiţiile de mediu: cu câtacestea sunt mai uniforme, cu atât seria variaţională este mai scurtă şi mai puţinpronunţată variabilitatea modificativă şi invers. Amplitudinea variaţiei depindede genotip. După datele curbei variaţionale se stabileşte valoarea medie acaracterului.

155- 160-160 165cm cm

165-170cm

170-175cm

175-180cm

180-185cm

185- mai190 mult decm 190 cm

Fig. 1.103. Se-ria variabilită-ţii înălţimii laadolescenţi.

110

Page 111: Biologie XII

3 VARIABILITATEA EREDITARA

Variabilitatea ereditară poate fi combinativă şi mutaţională. |ZJ

Variabîlîtatea combinativăîn cazul înmulţirii sexuate, genotipul descendenţilor prezintă o combinare a genelor :ZZ

moştenite de la ambii părinţi. Deşi la orice copil pot fi identificate caractere tipice şi • jpentru mamă, şi pentru tată, printre descendenţii unui cuplu nu pot fi găsiţi doiindivizi absolut identici, cu excepţia gemenilor univitelini. Acest lucru îl putem 'spune şi despre descendenţii oricărui animal sau plantă. Varietatea de genotipurirezultată din contopirea gârneţilor de sex opus în timpul fecundaţiei reprezintăvariabilitatea combinativă. Surse ale acestui tip de variabilitate sunt trei procese:

1. Recombinarea intracromozomială, generată de schimbul reciproc de genedintre cromatidele cromozomilor omologi (crossing over). Ca urmare se formeazăcromozomi crosoveri recombinaţi cu grupe de linkage noi. Aceşti cromozomi,ajungând în zigot, determină dezvoltarea de caractere netipice pentru părinţi.

2. Recombinarea intercromozomială în baza repartizării independente aromozomilor în meioză, care asigură apariţia de indivizi cu caractere părinteşti

| combinate, de exemplu, boabe galbene rugoase şi verzi netede în F2 la încrucişareadilihibridă la mazăre.

3. Combinarea întâmplătoare a gârneţilor lafecundaţie.Aceste trei surse ale variabilităţii combinative acţionează independent şi

. Micomitent, asigurând o permutare permanentă a genelor. Astfel apar organismeI n genotip şi fenotip nou, genele rămânând neschimbate. Pe lângă combinări noi

Ide caractere părinteşti pot apărea şi altele, neîntâlnite la ei. De exemplu, forma demucă a crestei la încrucişarea raselor de găini cu creasta „trandafir" şi „mazăre",trupele de sânge II şi III la copiii ce descind din părinţi cu grupele I şi IV ş.a.

Amintiţi-vă şi alte exemple studiate de caractere recombinate la urmaşi.

însă noile combinaţii de gene se desfac uşor la transmiterea lor generaţiilorirmătoare. De aceea pentru a fixa unele caractere valoroase ale hibrizilor (deexemplu, producţia de lapte), selecţionării folosesc încrucişările consangvine, înpzul cărora creşte probabilitatea întâlnirii gârneţilor identici.

Variabilitatea mutaţionalăVariabilitatea mutaţională constă în apariţia de noi alele ca urmare a mutaţiei.

Mutaţia (din lat. mutatio - schimbare) prezintă modificarea permanentă şiransmisibilă a structurii şi funcţiei unei gene. Datorită mutaţiilor, organismele

kapătă noi caractere şi proprietăţi, neîntâlnite anterior la indivizii speciei date.roblemele apariţiei mutaţiilor, consecinţele lor pentru purtători şi transmiterea^cendenţilor sunt abordate de către teoria mutaţiilor elaborată de savantul olandez

Vries (1901-1903). Tezele de bază ale acestei teorii se formulează astfel:

111

Page 112: Biologie XII

a»C,

• mutaţiile apar pe neaşteptate ca o modificare discretă a caracterului;• noile forme sunt stabile;• spre deosebire de caracterele neereditare, mutaţiile nu formează şiruri

continue. Ele prezintă schimbări calitative;• mutaţiile se manifestă diferit şi pot fi atât folositoare, cât şi dăunătoare;• probabilitatea descoperirii mutaţiilor depinde de numărul de indivizi

examinaţi;» mutaţiile asemănătoare pot apărea de nenumărate ori.Clasificarea mutaţiilor se face în baza mai multor principii (tab. 1.9). în

continuare vom examina mutaţiile ce ţin de modificările în genom şi de posibilitateamoştenirii lor.

Tabelul 1.9CLASIFICAREA MUTAŢIILOR

NR. DEORDINE

2

3

4

5

PRINCIPIULAL M

După caracterul modificărilor îngenom (genotip)

După modul de manifestare la hete-rozigotDupă cauzele care le-au provocat

După localizarea în celulă

După posibilitatea moştenirii lor

'TAŢI! IN BAZA.Ui' DAT

genomicecromozomialegenicedominanterecesivedirecteindusenuclearecitoplasmaticegenerativesomatice

Principalele tipuri de mutaţiiMutaţiile genomice duc la schimbarea numărului de cromozomi. Cel mai

răspândit tip de mutaţie genomică este poliploidia - multiplicarea garniturii decromozomi. în funcţie de numărul de seturi haploide de cromozomi deosebimorganisme triploide (3n), tetraploide (4n), hexaploide (6n), octaploide (8n) etc.Organismele care prezintă poliploidie se numesc poliploizi. Apariţia lor esteconsecinţa dereglării îndepărtării cromozomilor spre polii celulei în meioză saumitoză. Fenomenul poate fi provocat de factori fizici (temperaturi înalte sau joase,radiaţie) şi chimici (colchicină, vinblastină, cloroform, eter ş.a.). Pentru unele plantesunt caracteristice aşa-numitele şiruri poliploide. De exemplu, genul Triticumreprezintă un şir a cărui membri au 14,28 şi 42 de cromozomi. Poliploizii, spredeosebire de formele sălbatice, au flori mai mari, în organele de depozitare (rădăcini,fructe, seminţe etc.) se acumulează o cantitate mai mare de substanţe nutritive.Poliploizii mai uşor se adaptează la condiţiile nefavorabile ale mediului, mai uşorsuportă arşiţa, frigul etc. Aceste proprietăţi le asigură răspândirea în regiunile

112

Page 113: Biologie XII

nordice şi de munte. Circa 1/3 din toate speciile vegetale sunt poliploizi, iar înregiunile montane acest procent este şi mai mare (-85%). Poliploizii sunt răspândiţişi printre plantele de cultură. Răspândirea largă a poliploizilor printre plante seexplică prin faptul că ele se pot înmulţi vegetativ, prin partenogeneză şiautopolenizare. La animalele unisexuate poliploidia se întâlneşte foarte rar, deoareceduce la sterilitate din cauza dereglării raportului dintre autozomi şi cromozomiisexuali. La animalele ce se înmulţesc prin partenogeneză poliploidia este unfenomen frecvent.

G

Studiaţi după fig. 1.104 consecinţele non-disjuncţiei cromatidelor unorcromozomi în mitoză sau a unor cromozomi omologi în meioză

• H B H H B E B D B ' ••••••••••Un alt tip de mutaţie genomică este aneuploidia sau heteroploidia. Aneuploidul

ore un număr neregulat de cromozomi: unul sau mai mulţi cromozomi în plus sau înminus faţă de setul haploid normal. Această mutaţie apare în urma non-disjuncţieifcromatidelor unor cromozomi în mitoză sau a unor cromozomi omologi în meioză.Astfel apar gârneţi cu un cromozom în plus. Din contopirea unui astfel de gamet cu

gamet normal haploid rezultă un trizomic (2n +1) după un anumit cromozom$g. 1.104), Gametul ce duce lipsă de un cromozom, la contopirea cu un gamet

lormal dă naştere unui zigot monozomic (2n - 1) după un anumit cromozom. Senai întâlnesc nulizomici (2n - 2), polizomici (2n + 2). Formele aneuploide de plante

it folosite în ameliorare. Prin încrucişarea unui nulizomic cu un monozomic seDate restabili în genom un cromozom cu gena dorită. Pe această cale s-au obţinut

ie de grâu rezistente la anumite boli. Aneuploizii au fost descrişi la grâu, porumb,itun, bumbac, şoareci, pisici, bovine ş.a. Spre deosebire de plantele aneuploide,

inimalele aneuploide au oitalitate şi fecunditate scăzutăiţă de diploizi.

Mutaţiile cromozomialeîzintă modificări ale struc-rii cromozomilor. Se disting

îătoarele tipuri de mutaţiiromozomiale (fig. 1.105):

deficienţă - pierderea cape-tlor cromozomiale;

deleţie - pierderea unei părţicromozom ce nu cuprinde

entromerul;duplicaţie - dublarea unui

îgment de cromozom;inversiune - rotirea unui

igment de cromozom cu 180°;Biologie, ci. a XII-a

Fig. 1.104. Non-disjuncţia cromatidelor unor cromo-zomi omologi în mitoză sau a unor cromozomi omologiîn meioză generează apariţia aneuploizilor.

113

Page 114: Biologie XII

1—<ţ

—1

1 1CU

AB

CDEFH

AB

CDLLJ

FH

AB

CDEFH

AB

C

1T

oE

F

AB

CDEFH

B

CCDEFH

AB

CDEFH

ADcBEFH

AB

CDEFH

AB

CDEFH

translocaţie - transferulunui fragment de cromozom lacapătul aceluiaşi cromozom saua altui cromozom neomolog.

în deficienţe, deleţii şi dup-licaţii se modifică cantitatea dematerial genetic al cromozo-mului. Modificarea fenotipică

H _ depinde de mărimea fragmen-„ . , , „ - „ . „ ., , tului respectiv şi de importanţaFig. 1.105. Tipurile de mutaţii cromozomiale: 1 - pe- • . zrechea iniţială de cromozomi; 2 - deleţie; 3 - duplicaţie; genelor pe care le conţine. In4 - inversiunea sectorului BCD; 5 - inversiunea secto- inversiuni şi translocaţii can-m U 1 D K titatea totală de material gene-

tic rămâne neschimbată, modificându-se doar localizarea lui.

Determinaţi după fig. 1.105 deosebirile dintre deleţie şi inversiune.

Mutaţiile genice sau punctiforme sunt condiţionate de schimbarea ordiniinucleotidelor în molecula de ADN. Schimbarea survenită este reprodusă în structuraARNm, ceea ce duce la sinteza unei proteine cu proprietăţi modificate şi, în celedin urmă, la schimbarea unor caractere. Mutaţiile genice pot fi considerate „erori"în replicarea moleculei de ADN. Ele pot fi provocate de raze ultraviolete, radiaţiaionizantă, mutageni chimici ş.a. Deosebit de periculos din acest punct de vedereeste fondul radiaţiei ionizante al planetei noastre. Chiar şi o creştere neînsemnatăa acestuia (cu 1/3), de exemplu în urma experienţelor cu arma atomică, poate ducela apariţia suplimentară în fiecare generaţie a 20 mln de oameni cu tulburări ereditaregrave. Probabil vă daţi seama ce pericol prezintă pentru populaţia Ucrainei.Belarusiei, Rusiei şi Moldovei, precum şi pentru întreaga omenire avaria de lastaţia atomică de la Cernobâl.

Mutaţii generative şi somatice. Deşi mecanismul apariţiei acestor mutaţii poatefi asemănător, rolul lor în moştenirea caracterelor este diferit. Mutaţiile generativese descoperă la stadiul de zigot: cea dominantă la zigotul din F l 5 iar cea recesivă -în F2, F3. Mutaţiile somatice se manifestă mozaic. Cu cât mai timpuriu apare mutaţiasomatică în ontogeneză, cu atât mai multe sectoare de ţesut vor purta mutaţia dată.şi invers.

4, ALELISMUL MULTIPLU

Genele alele a căror moştenire am studiat-o până acum (de exemplu, flori roşii- flori albe; corp gri - corp negru), apar ca urmare a mutaţiilor. Astfel, gena culoriialbe a florilor la mazăre a apărut în urma mutaţiei genei culorii roşii a florilor,caracteristică pentru planta sălbatică. De aceea gena culorii roşii este numită114

Page 115: Biologie XII

3(1 AA + 2AA") : 1AhA 3(1AhA" + 2Aha) : 1aa

Fig. 1.106.pie.

Schema moştenirii seriei de alele multi-

iar cea albă - mu-tantă. Deseori mutaţia repetatăa aceleiaşi gene condiţioneazăapariţia mai multor stări aleleale acesteia. De exemplu, laiepuri gena albinismului a -lipsa totală a pigmentului în păr- a apărut ca urmare a mutaţieigenei A, răspunzătoare depigmentaţia blănii. O altă mu-taţie a aceleiaşi gene (genaculorii de Himalaya Ah) asigurăo coloraţie specifică a blăniidespre care am vorbit deja. Pentru studierea moştenirii culorii blănii la iepuri aufost efectuate o serie de încrucişări (fig. 1.106). La analiza rezultatelor s-a constatatcă gena albinismului este recesivă atât faţă de gena pigmentaţiei totale, cât şi faţă degena coloraţiei de Himalaya. Gena culorii de Himalaya este dominantă faţă de genaalbinismului şi recesivă faţă de gena pigmentaţiei totale. Prin urmare, alela multiplăîn acest caz constă din 3 gene. întrucât genele alele ocupă loci identici în cromozomiiomologi, la orice iepure pot fi prezente concomitent doar două gene alele: AA, Aa -iepuri negri; A'Ah, Aha - iepuri de Himalaya şi aa - albinoşi.

Mutaţiile unuia şi aceluiaşi locus formează o serie de alele multiple. Fenomenul afost numit alelism multiplu. O serie de alele multiple poate fi formată din câteva zeciau sute de alele. Moştenirea grupelor de sânge la om, pe care aţi studiat-o ca exemplu

de codominanţă (a se vedea p. 82), ilustrează şi alelismul multiplu. Fenomenul dealelism multiplu este răspândit pe larg în natură. Se cunosc serii de alele multiple caredetermină culoarea ochilor la drozofilă, forma desenului pe frunzele de trifoi ş.a.

5. LEGEA ŞIRURILOR OMOLOAGE ALE VARIABILITĂŢII EREDITARE

Renumitul savant rus N. Vavilov (fig. 1.107) pe parcursulmai multor ani a studiat variabilitatea mutaţională la plantelede cultură din familia gramineelor şi la strămoşii lor sălbatici.Rezultatele observărilor i-au sugerat ideea că la genurile şispeciile înrudite, care au o origine comună, apar şi mutaţiiasemănătoare. Mai mult ca atât, chiar şi la reprezentanţiidiferitelor clase se întâlnesc şiruri omoloage ale mutaţiilordupă caractere şi proprietăţi morfologice, fiziologice şiîndeosebi biochimice. De exemplu, la diferite clase de ver-tebrate se întâlnesc mutaţii identice: albinism şi lipsa păruluila mamifere, albinism şi lipsa penelor la păsări, lipsa solzilorla peşti, degete scurte la bovine, oi, câine, păsări etc. Cele

Fig. 1.107.X. I. Vavilov.

O

115

Page 116: Biologie XII

observate au fost generalizate de N. Vavilov înlegea şirurilor omoloage ale variabilităţiiereditare. Această lege este universală şi se referăla toate organismele, fapt ce o aseamănă cu legeaperiodicităţii descoperită de D. Mendeleev. Cu-noscând un şir de forme la o specie (de exemplu,la grâu), se pot prevedea modificările similarela speciile înrudite (orz, ovăz, secară ş.a.)(fig. 1.108). Valoarea practică a acestei legiconstă în efectuarea dirijată a investigaţiilor învederea obţinerii de soiuri şi rase noi.

6. SECURITATEA GENETICĂ

în zilele noastre, surse de activitate mutagenăse întâlnesc la tot pasul. Cercetările au arătat cămulţi poluanţi ai mediului, aşa ca deşeurile in-dustriale, substanţele utilizate în industrie (dietil-sulfatul, etilenimina ş.a.), deşeurile radioactive,pesticidele, posedă activitate genetică, adică potinduce mutaţii. Activitate genetică posedă şi mulţicompuşi chimici, folosiţi în viaţa cotidiană. Printreaceştia se numără unele medicamente, coloranţiişi conservanţii alimentari, unele preparate cosme-

tice, lacurile în aerosol, unii coloranţi pentru păr, detergenţii etc.Răspândirea pe larg a mutagenilor în mediul ambiant prezintă un risc pentru

sporirea frecvenţei mutaţiilor şi acumulării lor în genofondul omenirii. De aceeaactivitatea gospodărească necontrolată a generaţiilor actuale va fi resimţită de multegeneraţii viitoare. Pentru a reduce la minimum riscul acţiunilor mutagene, a micşorapericolul genetic în toate sferele de activitate ale omului, a fost creată o nouăştiinţă - toxicologia genetică. Ea studiază activitatea mutagenă a factorilor denatură antropogenă, în primul rând a compuşilor chimici, elaborează metode şimijloace de evaluare a activităţii lor genetice. Factorii mutageni, numiţi şi factorigenetici, se grupează în fizici, chimici şi biologici.

Factorii fizici. Din acest grup fac parte diferite feluri de radiaţie ionizantă,radiaţia ultravioletă. Cercetările acţiunii radiaţiei asupra procesului mutaţional aarătat că orice doză, chiar şi cea mai mică, sporeşte probabilitatea apariţieimutaţiilor. Sursa de radiaţie ionizantă o constituie utilizarea energiei atomice atâtîn scopuri militare, cât şi paşnice (deşeurile radioactive, avariile de la staţiileatomoelectrice ş.a.). Efecte nedorite pentru organismele vii prezintă şi radiaţiaultravioletă, mai ales razele de undă scurtă. De regulă, acestea sunt reţinute destratul de ozon şi nu ajung pe pământ. Găurile depistate în acest strat au redus116

Fig, 1.108, Şirurile omoloage alevariabilităţii la speciile de grâu şiorz (întocmită de N. I. Vavilov) du-pă caracterul de aristare: 1-4 -forme de grâu moale (2n = 42); 5-8- forme de grâu tare (2n = 28); 9-12- forme de orz cu şase rânduri deboabe; 1, 5, 9 - aristate; 2, 6, 10 -scurtaristate; 3, 7, 11 - inflate; 4, 8,12 - fără ariste.

Page 117: Biologie XII

rolul său protector: o parte din raze ating totuşi pământul. Ca urmare în ultimii anise constată o creştere a morbidităţii prin cancer de piele.

Progresul tehnico-ştiinţific, introducerea noilor tehnologii au făcut să aparănoi factori fizici, printre care ultrasunetul, curenţii de frecvenţă înaltă, câmpurilemagnetice alternative etc. Toţi aceşti factori trebuie supuşi unui control genetico-toxicologic permanent pentru depistarea şi prevenirea la timp a consecinţelornegative ale acţiunii lor.

Factorii chimici. Chimizarea agriculturii şi altor ramuri ale activităţii umane,dezvoltarea industriei chimice au condiţionat sinteza unor substanţe neîntâlnitepână acum în natură. Multe din acestea posedă o rezistenţă înaltă la descompunereabiologică şi chimică, de rând cu o toxicitate înaltă.

Enumeraţi câteva din produsele industriei chimice utilizate pe larg înrepublică şi argumentaţi efectul lor mutagen.

Sărurile acidului azotic (nitraţii), utilizate pe larg în industria alimentară şiagricultură, în organism se transformă în nitriţi - săruri ale acidului azotos careposedă activitate mutagenă. în mediul acid al stomacului mamiferelor, din nitriţi şiaminocompuşi se formează nitrozocompuşi, care fac parte din grupul supermuta-genilor. De aceea în multe ţări ale lumii este limitată utilizarea nitritului de sodiu încalitate de conservant al produselor din carne şi ale celor de origine vegetală.

Efect mutagen posedă şi poluanţii atmosferei şi apei, deşeurile industriale, gazelede eşapament care conţin compuşi alchilanţi, compuşi organici ai plumbului etc.

Compuşi mutageni conţin şi produsele activităţii vitale a unor microogranismece infectează produsele alimentare. De exemplu, a fost stabilită activitatea geneticăa aflatoxinei - toxina unei ciuperci de mucegai (Aspergillus).

O atenţie deosebită se acordă efectului mutagen al unor preparate farmaceuticeprecum actinomicina, aminopterina, gicantena ş.a. în ultimele decenii, producereaindustrială a medicamentelor este posibilă doar după o analiză genetico-toxicăminuţioasă şi determinarea riscului utilizării lor. Excepţie fac cancerostaticele,utilizarea cărora este admisă, deşi posedă o activitate mutagenă puternică. Folosirealor este necesară pentru salvarea vieţii bolnavilor, atenuarea durerilor.

Factorii biologici. Mecanismul efectului mutagen al acestor factori este puţinstudiat. A fost stabilit efectul mutagen al virusului varicelei, vărsatului de vânt,parotitei epidemice, gripei, hepatitei etc. în prezent se studiază mutagenezaprovocată de vaccinări. Astfel s-a constatat că utilizarea pe larg a vaccinaţiei, maiales a celei repetate, sporeşte riscul inducerii mutaţiilor.

Progresul tehnico-ştiinţific e în desfăşurare, deci nu se exclude apariţia unornoi factori mutageni. Sarcina geneticii toxicologice constă în descoperirea lor. încalitate de obiecte de studiere în masă ale activităţii genetice a unor sau altorfactori se utilizează culturile de celule umane şi animale, plante superioare,microorganisme, drozofila.

117

Page 118: Biologie XII

1. Definiţi noţiunile de variabilîtate, mutaţie.

2. Enumeraţi tipurile de variabilitate.

3. Explicaţi prin scheme norma reacţiei diferitelor caractere,

4. Enumeraţi câte 5 caractere cantitative şi calitative la plante şi animale.

5. Enumeraţi tezele de bază ale teoriei mutaţionaie elaborate de De Vries.

6. Explicaţi prin scheme mecanismul mutaţiilor:a) genice;b) cromozomiale;c) genomice.

7. Comparaţi mutaţiile genomice: poiîpioidia cu aneuploidia.

8. Asociaţi noţiunile din coloana  cu caracteristicile din coloana B,i_ _ _ _ _ _ > _ — • - ~ " — — — — — — —• — — — — — — — — — — —• — i

A Ba) recombinare intracromozomială 1. Repartizarea independentă a cro-b) recombinare intercromozomială mozomilor în meioză.c) combinare întâmplătoate a gârneţilor 2. Apar grupe de linkage noi.

3. Are loc crossing-overul.4. Dezvoltarea caracterelor atipicepentru părinţi.5. Are loc în timpul fecundaţiei.6. Apar indivizi cu caractere părin-teşti recombinate.

9. Enumeraţi factorii mutageni,

10. Cauza-efect. Notaţi prin A, dacă afirmaţiile legate prin conjuncţiadeoarece sunt adevărate, prin F- dacă sunt false:

a) Pentru obţinerea soiurilor poliploide se distruge fusul de diviziune, deoareceel asigură repartiţia egală a cromozomilor între cele 2 celule-fiice.

b) Toate mutaţiile spontane sunt dăunătoare, deoarece duc la micşorareavariabilităţii organismelor.

c) Mutaţiile cromozomiale la om sunt dăunătoare, deoarece toate duc la apariţiaunor maladii ereditare grave.

d) Mutaţiile intracromozomiale duc la apariţia unor noi caractere la descendent,deoarece cromozomii omologi se repartizează independent în gârneţi.

11. Explicaţi esenţa legii seriilor omoloage ale variabilităţii ereditare,

12. Alcătuiţi un eseu structurat la tema „Rolul mutaţiilor" după următorulalgoritm:

a) spontane -în natură;b) induse - în agricultură.

13. Modelaţi din diverse materiale mutaţii genice, cromozomiale, genomice.

118

Page 119: Biologie XII

1 . GENETICAOMULUI

G

G

1 METODELE DE CERCETARE ÎN GENETICA OMULUI 2 CARIOTIPUL UMAN

NORMAL 3 DETERMINISMUL GENETIC AL SEXULUI LA OM 4 BOULE ERE-

DITARE ALE OMULUI 5 PREDISPOZIŢIA EREDITARĂ LA BOLI 6 PROFILAXIA

BOLILOR EREDITARE 7 EUGENIA

1. METODELE DE CERCETARE ÎN GENETICA OMULUI

Moştenirea caracterelor 1-a interesat pe om încă din antichitate. Părintele medicinei,Hipocrate (460-377 i.e.n.), a efectuat primele observări asupra moştenirii unorcaractere morfologice (culoarea ochilor), ale unor boli şi malformaţii ereditare în unelefamilii. La începutul sec. al XIX-lea a fost înaintată ideea că bolile ereditare suntdeterminate de frecvenţa încrucişărilor dintre rudele apropiate.

Succesele în domeniul geneticii umane rămân deocamdată destul de modeste.Cauza rezidă în diferite deficienţe tehnice şi restricţii morale, printre care:

• imposibilitatea efectuării experimentelor de încrucişare şi de urmărire atransmiterii caracterelor la urmaşi;

• descendenţa relativ redusă a unei familii;• natura biosocială a omului şi presiunea restricţiilor etice asupra cercetărilor

geneticii umane.Aceste dificultăţi au impus omenirea să elaboreze şi să aplice un şir de metode

speciale, dintre care pot fi enumerate următoarele:1. Metoda genealogică, se bazează pe studiul modului de transmitere a unor

caractere şi însuşiri normale şi patologice pe parcursul mai multor generaţii. Metodaeste folosită nu numai în scop de diagnostic, dar şi pentru prognozarea diferitelorboli la descendenţi. Metoda dată presupune utilizarea unor simboluri specialeprezentate în tabelul 1.10 (p. 120).

2. Metoda studiului gemenilor, se aplică pentru determinarea rolului condiţiilormediului în manifestarea anumitor caractere. în baza acestei metode poate fideterminată norma de reacţie a caracterelor. Metoda este deosebit de valoroasă încazul gemenilor univitelini (care constituie circa 30% din numărul total de gemeni).

3. Metoda citogenetică, presupune cercetarea celulelor supuse diviziunii înmetafaza sau anafaza timpurie. Astfel se detectează dereglările în structura şinumărul de cromozomi, în cariotipul fiecărui individ.

119

Page 120: Biologie XII

1

Oa,

C

14.

Tabelul 1.10SEMNELE CONVENŢIONALE STANDARD UTILIZATE PENTRU ALCĂTUIREA

GENEALOGIEI LA OM

SIMBOLUI

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

O#

J

9- • wmmtmmm10.

11.

12.

13.

i .2

\

N

I3

CD S H U

bărbat sănătos

femeie sănătoasă

indivizi afectaţi

heterozigoţi pentru genă autozomală

persoane decedate

purtător de mutaţie recesivă sex-linkage

mariaj

căsătorie consanguină

persoane divorţate

avort sau născut mort

descendenţa unui cuplu

gemeni dizigoţi

gemeni monozigoţi

heterozigoţi

sex nespecificat

4. Metoda studiului familiilor consanguine şi a izolatelor, permite analizagenelor recesive. în condiţiile familiilor consanguine din comunităţile umane izolatecu un număr redus de indivizi acestea se pot homozigota, manifestându-se fenotipic.

5. Metoda biochimică, permite identificarea mutaţiilor la nivelul acizilornucleici, proteinelor, enzimelor, aminoacizilor, lipidelor şi altor compuşi modifi-caţi în cazul unor maladii metabolice ereditare.

6. Metoda diagnosticului prenatal, constă în studiul citogenetic, biochimic şimolecular-genetic al lichidului amniotic prelevat prin amniocenteză. Metodapermite identificarea diferitelor maladii cromozomiale şi metabolice în timpulsarcinii, acestea putându-se manifesta şi la viitorul nou-născut.

7. Metoda cromatinei sexuale, se utilizează frecvent pentru determinarea sexuluigenetic al persoanelor cu diverse maladii ce afectează caracterele sexuale secundare.

120

Page 121: Biologie XII

8. Metoda statistică, permite determinarea frecvenţei unor gene în diferitepopulaţii umane.

Actualmente, datorită realizărilor geneticii umane, a devenit posibilă descope-rirea unui număr mare de maladii ereditare. Măsurile de tratament şi profilaxie aacestora pot fi elaborate doar după descoperirea cauzelor şi mecanismului de mani-festare şi de moştenire.

2, CARIOTIPUL UMAN NORMAL

Celulele somatice ale omului conţin 46 de cromozomi sau 23 de perechi, dintrecare 22 de perechi de autozomi şi o pereche de heterozomi sau cromozomi sexuali(AXla femeie şiZFla bărbat). întrucât cromozomii sexuali Xşi Fse deosebesc dupădimensiune, ei poartă atât sectoare omoloage, cât şi neomoloage. Genele localizatepe sectoarele omoloage se moştenesc la fel ca şi cele localizate în autozomi. Sectorulneomolog al cromozomului Y poartă 5 gene care se transmit de la tată la fiu.Cromozomul X conţine două sectoare neomoloage pe care sunt amplasate înjur de150 de gene care nu au alele pe cromozomul Y. Din această cauză probabilitateamanifestării alelelor recesive la băieţi este mai mare decât la fete. După genelelocalizate în cromozomii sexuali, femeile pot fi homozigote sau heterozigote. Bărbaţiivor fi hemizigoţi după genele care nu au alele în cromozomul Y.

Identificarea tuturor cromozomilor omului a devenit posibilă o dată cu elaborareametodelor colorării diferenţiate. în urma aplicării acestora a fost întocmităidiograma cariotipului uman {fig. 1.109). Grupând cromozomii după dimensiunişi poziţia centromerului, savantul american Denver a obţinut 7 grupe notate culiterele mari ale alfabetului latin de la A la G, şi anume:

grupa A - cuprinde perechile de cromozomi 1-3; grupa B - 4-5; grupa C- 6-12; grupa D - 13-15; grupa E - 16-18; grupa F- 19-20; grupa G - 21-22.

Observaţi după fig. 1.109 după care caractere au fost grupaţi cromozomii.

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 y

Fig. 1.109. Idiograma cariotipului uman normal.

121

Page 122: Biologie XII

3. DETERMINISMUL GENETIC AL SEXELOR LA OM

o Amintiţi-vă tipul de determinism cromozomial al sexelor la om.

Conform determinismului cromozomial al sexului de tip Drosophila, sexulzigotului la om se determină în momentul fecundării şi depinde de tipul decromozom sexual purtat de spermatozoidul ce fecundează ovulul. Dacă acestaaduce cu sine cromozomul Y - se formează un zigot de sex masculin, iar dacăcromozomul X- de sex feminin. Etapa dată de determinare a sexelor - genetică -are o durată de 35 de zile din momentul fecundării. Pe durata acesteia, embrionuluman se dezvoltă ca organism hermafrodit. Diferenţierea sexelor începe o dată cuformarea primordiilor glandelor sexuale. Etapa dată - gonadică - continuă pânăîn a 60-a zi de dezvoltare embrionară. Urmează etapa hormonală a procesului desexualizare în care are loc definitivarea anatomică şi funcţională a glandelor sexuale.Diferenţierea sexelor se încheie cu atingerea pubertăţii ca urmare a acţiuniihormonilor produşi de ovare şi testicule.

Particularităţile manifestării cromozomului X la indivizii de sex feminin.întrucât indivizii de sex masculin conţin un singur cromozom X, iar cromozomulFeste cu mult mai mic şi practic nu conţine gene active, la masculi se creează odisproporţie între doza de gene parvenite de la cromozomul X. Pentru lichidareaacesteia în procesul evoluţiei a luat naştere un mecanism special care constă îninactivarea unui cromozom X la sexul feminin. Datorită acestui mecanism,activitatea sumară a majorităţii genelor din cromozomii Xai ambelor sexe estefoarte apropiată.

Ipoteza unui singur cromozom X activ la femelele mamiferelor, inclusiv laom, a fost expusă de cercetătoarea engleză M. Layon. Mai târziu cel de-al doilea

Tabelul 1.11CROMATINA SEXUALĂ LA INDIVIZII NORMALI Şl LA PERSOANELE

CARE PREZINTĂ VARIETĂŢI NUMERICE ALE HETEROZOMILOR

Negativ

2. Pozitiv

3. Dublu pozitiv

4. Triplu pozitiv

5. Quadruplu pozitiv

122

•••• --"v :-'hr:'

XX, XXY, XXYY

XXX, XXXY, XXXYY

XXXX, XXXXY

XXXXX

Page 123: Biologie XII

cromozom X, inactiv, a fost descoperit în celulele epiteliale în apropiereanucleului. El prezintă o formaţiune triunghiulară, numită corpuscul Barr saucromatină de sex X. Numărul corpusculilor Barr este egal cu numărulcromozomilor X, care încalcă formula 2A + X, indiferent de prezenţa sau lipsacromozomului Y {tab. 1.11). Deci, femeile normale XX sunt purtătoare ale unuicorpuscul Barr, iar la masculii normali XY acest corpuscul lipseşte. Inactivareaunuia din cromozomii Xeste condiţionată de condensarea şi spiralizarea integralăşi parţială a acestuia. în această stare cromozomul nu poate realiza transcripţia,rămânând genetic inert. La microscop cromozomul inactiv se vede bine la colorareacu coloranţi speciali.

Studierea detaliată a procesului de inactivare a unuia dintre cromozomii X aarătat că în fazele timpurii ale dezvoltării embrionare sunt activi ambii cromozomip, ulterior unul se spiralizează şi se condensează. întrucât în ovogenă ambiicromozomi X sunt activi, toate ovulele poartă câte un cromozom X activ. Studiulcromatinei sexuale permite descoperirea anomaliilor numerice ale cromozomilorX, diagnosticarea sexului embrionului până la diferenţierea sexuală.

4, BOLILE EREDITARE ALE OMULUI

în prezent la om sunt înregistrate circa 2 500 de boli ereditare, determinate deo singură mutaţie genică sau de o anomalie cromozomială. Conform datelorOrganizaţiei Mondiale a Sănătăţii (O.M.S.) anual se înregistrează altă sută demaladii ereditare noi. Cercetările recente au arătat că înjur de 5% din nou-născuţipoartă un defect genetic grav. Cifra dată nu include feţii morţi, frecvenţa căroraconstituie circa 14% din sarcinile luate la evidenţă. Studierea şi profilaxia bolilorereditare sunt prerogativele geneticii medicale.

în prezent se aplică două principii de clasificare ale bolilor ereditare: dupăcaracterul leziunii aparatului ereditar (mutaţii genice sau cromozomiale) şi dupătipul moştenirii. în conformitate cu primul principiu deosebim boli molecular-gene-tice (sau genice) şi cromozomiale, iar după cel de-al doilea - dominante, recesive şicuplate cu sexul. Să analizăm în continuare cele mai răspândite boli ereditare.

Boli molecular-geneticeîntrucât mutaţiile genice afectează o porţiune relativ mică a materialului ereditar,

tulburările provocate de ele sunt mai puţin grave, în comparaţie cu celecromozomiale. Funcţia de reproducere a purtătorilor acestor gene mutante nu esteafectată şi, ca urmare, ele se transmit descendenţilor, fiind boli ereditare în adevăratulsens al cuvântului.

Dintre bolile molecular-genetice, după tipul dominant se moştenesc diferiteanomalii care nu împiedică reproducerea, nu scurtează longevitatea şi de aceea nusunt supuse selecţiei. Din acest grup fac parte: brahidactilia (subdezvoltareafalangelor distale ale degetelor), polidactilia {fig. 1.110), sindactilia (degete alipite),eformarea unghiilor, otoscleroza, unele forme de distrofie musculară ş.a.

Page 124: Biologie XII

O

n

Fig. 1.110. Arborele genealo-gic pentru polidactilie.

Fig. 1.111. Arborele genea-logic pentru fenilcetonurie.

Fig. 1.112. Arborele ge-nealogic pentru hemo-filie.

După tipul dominanţei incomplete se moşteneşte anemia cu hematii falciforme- boală metabolică condiţionată de o mutaţie genică care duce la înlocuirea aciduluiglutamic cu valina. La heterozigoţii după această genă tulburările sunt minime -în condiţii de hipoxie (altitudine, narcoză) hematiile capătă o formă caracteristicăde seceră. La homozigoţii după gena dată boala se manifestă încă la naştere prinanemie pronunţată care duce la moartea nou-născutului.

Schiţaţi arborele genealogic pentru anemia cu hematii falciforme.

Majoritatea bolilor molecular-genetice se moştenesc după tipul recesiv: copiiimoştenesc gena patologică de la ambii părinţi care, fiind purtători heterozigoţi aiacestora, fenotipic sunt sănătoşi. Riscul moştenirii unor astfel de boli creşte în cazulcăsătoriilor dintre rude apropiate. Din acest grup fac parte tulburările metabolismuluiunor aminoacizi (fenilcetonuria (fig. l.lll), albinismul, alcaptonuria), glucidelor{diabetul zaharat al adolescenţilor, galactozemia - incapacitatea de a metabolizagalactoza din lapte), lipidelor (boala Wolman ş.a.), surdomutismul înnăscut,microcefalia, enzimopatiile (deficitul de enzime) ş.a.

Moştenirea cuplată cu sexul. Circa 60 din caracterele ereditare ale omuluisunt legate de cromozomul sexual X. întrucât majoritatea lor sunt recesive, femeile,de regulă, sunt purtătoarele genelor patologice, transmiţându-le urmaşilor de sexmasculin. Aceste boli se manifestă, de regulă, numai la bărbaţi. Drept exemplupoate servi hemofilia (fig. 1.112) - lipsa principalilor factori ai coagulării sângelui.La bolnavii de hemofilie orice leziune a vaselor poate provoca pierderi masive desânge din cauza că acesta nu se coagulează. După acelaşi principiu se moştenescdaltonismul, atrofia nervului optic, glaucomul juvenil ş.a.

Acest tip de boli ereditare este cauzat de modificarea structurii şi numărului decromozomi. Bolile provocate de anomaliile structurale ale cromozomilor seîntâlnesc destul de rar şi se soldează cu moartea purtătorilor lor la o vârstă fragedă.

124

Page 125: Biologie XII

Mai bine de 40% din avorturile spontane şi circa 6% din feţii născuţi morţi suntconsecinţa unor anomalii structurale ale cromozomilor.

Modificările numărului de cromozomi stau la baza a circa 300 de sindroamecromozomiale, unele studiate destul de detaliat. Enumerăm câteva dintre ele.

Sindromul Down, sau trizomia după autozomul 21. Numărul total decromozomi în acest caz este 47. Bolnavii cu acest sindrom prezintă debilitate,mâini scurte şi late, ochi mongoloizi, malformaţii cardiace, rădăcina nasuluiaplatizată. Incidenţa bolii este de 1 caz la 500-600 de naşteri. De obicei femeilecu acest sindrom sunt sterile, dar s-au înregistrat 11 cazuri când acestea au avutcopii. Din 11 copii 5 au moştenit acest sindrom. Prin urmare, cromozomulsuplimentar 21 se transmite cu o probabilitate de 50%. Există o legătură directădintre vârsta mamei şi riscul naşterii unui copil cu sindromul Down (fig. 1.113).

Explicaţi de ce 50% din descendenţii unei femei cu sindromul Downpot fi bolnavi, iar 50% - sănătoşi.

Sindromul Klinefelter (44 + XXY sau 44 + XXXY sau 44 + XXXXY) seîntâlneşte la bărbaţi cu o frecvenţă de 1:500 de naşteri. Aceştia au o statură înaltă,constituţie astenică, picioare lungi şi sunt sterili. în celulele somatice este prezentcorpusculul Barr. Dacă în genotip sunt prezenţi mai mult de doi cromozomi X,numărul acestora va fi egal cu numărul cromozomilor X minus 1.

Sindromul Turner (44 + XO) se manifestă la femei, pentru care estecaracteristică modificarea patologică a constituţiei (statură mică, gât scurt),subdezvoltarea caracterelor sexuale primare şi secundare. în celulele somaticecromatina sexuală lipseşte, fapt ce uşurează diagnosticul sindromului.

Trizomia după cromozomul X (XXX). Femeile cu această afecţiune, deşi auovare subdezvoltate, nu sunt sterile.

Fig. 1.113. Du-pă vârsta de 40de ani risculnaşterii unuicopil cu sindro-mul Down creş-te.

cr-

30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49Vârsta mamei

125

Page 126: Biologie XII

~~" 5. PREDISPOZIŢIA EREDITARĂ LA BOLI

La baza bolii hipertonice, bolii ulceroase a duodenului, bolii ischemice a inimii,"^ schizofreniei, epilepsiei, diabetului zaharat stau factorii de mediu. Cercetările^_ efectuate pe gemenii univitelini au scos în evidenţă rolul genotipului în declanşarea"~ acestor boli, desemnate ca boli cu predispoziţie ereditară sau multifactoriale.

în funcţie de predispoziţia ereditară a organismului, unul şi acelaşi factor deU) mediu poate induce diferite boli. De exemplu, supraîncordarea psihică şi emoţiile

negative la unele persoane generează boala hipertonică, la altele maladii nervoaseşi psihice sau diabet zaharat. Supraîncordarea ochilor, în funcţie de genotip,provoacă hiperopie sau strabism.

De cele mai multe ori baza predispoziţiei ereditare o constituie starea de purtătorheterozigot. în prezent sunt cunoscute circa 200 de stări heterozigote patologice,în condiţii nefavorabile de viaţă, boala se poate declanşa şi la heterozigoţi. Deexemplu, diabetul zaharat al adolescenţilor este condiţionat de gena recesivă înstarea homozigotă. Heterozigoţii după această genă rămân sănătoşi, dar la osuprasolicitare a insulelor pancreatice această genă se poate manifesta şi laheterozigoţi sub formă de diabet la persoanele de vârsta înaintată.

Alergozele la substanţele medicamentoase de asemenea se explică prinpredispoziţie ereditară.

6. PROFILAXIA BOLILOR EREDITARE

în prezent circa 12% din populaţia globului este afectată de boli ereditare. Deaceea profilaxia acestora este o problemă prioritară a geneticii medicale. în acestscop se cer luate următoarele măsuri:

* Lupta cu factorii mutageni. Pentru a reduce riscul apariţiei unor mutaţii, estenecesar de a cunoaşte activitatea mutagenă a substanţelor chimice utilizate înindustrie, agricultură, medicină, menaj. în caz dacă acestea prezintă un anumitrisc în ce priveşte dezvoltarea mutaţiilor, se va sista fabricarea şi utilizarea lor. Oatenţie deosebită trebuie acordată combaterii poluării radioactive a atmosferei.Aici pot fi amintite protestele maselor largi împotriva experimentelor cu armaatomică, transportării dintr-o ţară în alta a deşeurilor radioactive, pichetarea unorstaţii atomoelectrice, tehnologic învechite, etc. Armele chimică şi bacteriologicăde asemenea sunt o ameninţare serioasă la sănătatea genetică a generaţiilor actualeşi viitoare.

• Luarea pe durata sarcinii doar a medicamentelor prescrise de medic. Ştiţideja că în perioadele critice ale dezvoltării intrauterine embrionul este deosebit desensibil la diferiţi factori mutageni, printre care şi medicamentele. Acţionând prinintermediul organismului mamei, acestea pot provoca la embrion cele mai variatemutaţii.

126

Page 127: Biologie XII

• Depistarea purtătorilor, adică a indivizilor care, deşi nu sunt bolnavi, suntpurtători ai genelor recesive. întrucât majoritatea bolilor ereditare se moştenescdupă tipul recesiv, naşterea de copii bolnavi este mai probabilă în cazul cuplurilorheterozigote după una şi aceeaşi genă recesivă. Pentru prevenirea acestor conceperia fost creat serviciul de consultaţii medico-genetice. Aici se pot adresa în primulrând cuplurile care au rude cu probleme genetice, sunt trecute de 30-40 de ani,lucrează în condiţii nocive sau sunt rude de sânge. Medicii şi geneticienii dispunde mijloace cu ajutorul cărora pot determina probabilitatea naşterii unui copilbolnav genetic.

• Diagnosticul prenatal. Progresul tehnico-ştiinţific a pus la dispoziţia medicilormai multe metode de diagnostic prenatal. Ele permit diagnosticarea mutaţiilorîncă din primele săptămâni de sarcină. în caz de diagnostic nefavorabil, prinîntreruperea sarcinii se poate evita naşterea de copii bolnavi.

G

Determinaţi după fig. 1.114 tipurile de investigaţii prenatale şi impor-tanţa lor.

* Informarea maselor largi ale populaţiei despre creşterea riscului naşterii decopii bolnavi în cazul căsătoriilor dintre rude apropiate.

• Lupta cu prejudecăţile ce duc la izolarea rasială şi religoasă.

FETOSCOPIE între 17-40 săpt.vizualizareprelevareatratamentrisc 2%de la debut până la 17 săpt.prelevarerisc 0,2%

de la debut până la 40 săpt.vizualizarecontrolul prelevăriirisc 0%

intre 9-10 săpt.vizualizarerisc 5-10%

BIOPSIE DIN PLACENTĂ între 9-13 săpt.prelevarerisc 5%

Fig. 1.114. Metodele de diagnostic prenatal.

127

Page 128: Biologie XII

"— 7, EUGENIA

fS Povara genetică a omenirii este impunătoare - 7,5%, ceea ce înseamnă că înjur-1 de 400 de milioane de oameni suferă de boli ereditare. Cum poate fi uşurată această0 povară? în a. 1883 naturalistul englez F. Galton a propus crearea unei ştiinţe noi -•ir- eugenia. în viziunea sa aceasta trebuia să prezinte un complex de măsuri în vederea

-f reducerii numărului de mutaţii dezavantajoase şi/sau sporirea incidenţei unor1 ^ caractere cu valoare deosebită. Susţinătorii ei urmăreau două scopuri: să împiedice

reproducerea genotipurilor „inferioare" şi să favorizeze înmulţirea celor„superioare". Cu acest scop în S.U.A., Danemarca şi Germania a fost legiferatăsterilizarea voluntară a indivizilor cu tulburări psihice (schizofrenie, înapoieremintală) şi maladii ereditare grave. în Germania, între 1933-1945, erau sprijinitecăsătoriile dintre indivizii "rasei nordice pure". Dezvoltarea geneticii a arătat căaceste măsuri nu aveau nici o bază ştiinţifică. în primul rând, bolile psihice suntcauzate de mai multe gene şi nu se transmit mendelian. în al doilea rând, frecvenţamutaţiilor genice, indiferent de metoda utilizată, scade foarte încet. De exemplu,pentru a reduce pe jumătate incidenţa unei mutaţii întâlnite cu o frecvenţă de 10%se cer circa 300 ani, cu condiţia că nici unul dintre purtătorii acesteia nu sereproduce. Situaţia este şi mai complicată în cazul bolilor recesive cuplate cusexul. Astfel, dacă toţi băieţii concepuţi de o mamă purtătoare de hemofilie ar fieliminaţi de la începutul vieţii intrauterine, mamele ar naşte mai multe fete -purtătoare ale hemofiliei. Ca urmare frecvenţa mutaţiei ar creşte. Nici sterilizareaindivizilor purtători de mutaţii dominante nu ar exclude boala, deoarece în fiecaregeneraţie apar mutaţii noi.

Nu este întemeiată nici ideea multiplicării inteligenţei, care de asemenea estecondiţionată de mai multe gene. Bineînţeles că copiii născuţi din căsătoria a doiindivizi cu un coeficient înalt de inteligenţă au şanse mai mari de a fi la fel deinteligenţi ca şi părinţii. Rolul hotărâtor în dezvoltarea caracterelor ce desemneazăinteligenţa revine însă mediului ambiant. în scopul multiplicării „geniilor" a fostpropusă metoda conservării prin congelare a celulelor sexuale ale marilorpersonalităţi şi folosirea lor după dispariţia donatorilor. Această metodă nu esteînsă justificată genetic, întrucât aceste celule pot purta şi mutaţii recesive cu efectenegative. Bineînţeles, că aceste metode de "îmbunătăţire" a speciei umane suntinacceptabile. Eugenia are dreptul la existenţă în cazul când va căuta să soluţionezeproblemele ce ţin de însănătoşirea societăţii umane pe calea:

• protejării omului de acţiunea mutagenilor ce provoacă boli ereditare;• elaborării metodelor de prevenire a manifestării bolilor ereditare şi de

tratament a acestora;• evidenţierii familiilor împovărate de boli ereditare, luării lor la evidenţă şi

dispensărizării în cadrul serviciilor de consultaţii medico-genetice;• consultării medico-genetice a persoanelor ce intenţionează să se căsătorească;» ridicării nivelului de cultură generală a întregii societăţi.

128

Page 129: Biologie XII

în societatea umană este imposibilă alegerea forţată a partenerului. De aceeanumai în urma unei activităţi conştiente omul va ajunge singur la necesitateastudierii arborelui genealogic. Practica a demonstrat că cunoaşterea legilor geneticii,genealogiei familiei şi a caracterului de moştenire a unor gene {tab. 1.12) permiteprognozarea moştenirii unor patologii până la procreare, evitându-se astfel naştereade copii cu malformaţii.

Heterogenitatea după caracterele morfologice, fiziologice şi aptitudini este bazamaterială a prosperării continuie a omenirii. Pentru realizarea acesteia este necesarăînţelegerea corectă a legilor geneticii referitor la om şi crearea de posibilităţiiechivalente pentru dezvoltarea fiecărei personalităţi.

Tabelul 1.12CARACTERUL MOŞTENIRII

GENA DOMINANTĂ

Buze groase

Lobul urechii liber

Faţă pistruiată

Pielea normală

Prezenţa maxilarului habsburgic

Prezenţa polidactiliei

Prezenţa brahidactiliei

Degete concrescute

Degete subţiri păianjeniforme)

Talie mică (condiţionată de polimerie)

Prezenţa factorului Rh (rezus)

Coagularea normală a sângelui

Imunitatea la tuberculoză

Diabet nezahat

Prezenţa retinoblastomului

Glaucom

j Astigmatism

Cataractă

1 Auz normal

1 Prezenţa migrenei

1 Maladia Parkinson

UNOR GENE LA OM

GENA RECESIVĂ

Buze subţiri

Lobul urechii concrescut

Faţă fără pistrui

Absenţa glandelor sudoripare

Absenţa maxilarului habsburgic

Absenţa polidactiliei

Absenţa brahidactiliei

Absenţa sindactiliei

Degete normale

Talie înaltă

Absenţa factorului Rh (rezus)I

Hemofilie

Predispunerea la tuberculoză 11

Norma

Absenţa retinoblastomului

în normă

în normă

în normă

Surditate congenitală

Absenţa migrenei

Absenţa maladiei Parkinson

jlogie, ci. a XII-a129

Page 130: Biologie XII

1, Analizaţi deficienţele studierii geneticii omului.

2, Descrieţi metodele de studiere a geneticii omuiuî,

3, Explicaţi principiile sistemului Denvîer de caracterizare a carioîipuluîuman.

4, Alcătuiţi o schemă ce ar ilustra principiile clasificării boiiior ereditare laom.

5, Enumeraţi patoiogiîle ereditare:

a) de tip dominant ce nu scurtează longevitatea;

b) de tip dominant ce se manifestă grav;

c) de tip dominanţă incompletă;

d) de tip recesiv.

8, Explicaţi schematic de ce nu se permit căsătoriile înrudite.

7. Enumeraţi exemple ale Influenţe* negative a factorilor nocivi asupraeredităţii omului,

8. Expurteţi-vă părerile asypra concepţiilor promovate de eugenie.

9. Analizaţi patoiogiiie determinate de genele localizate în cromozomiisexuali.

18. Alcătuiţi arborele genealogie propriu.

11. Scrieţi un eseu la tema „Utilizarea cunoştinţelor teoretice la geneticăîn viaţă".

12. Explicaţi schematic mecanismul apariţiei:

a) sindromului Down; b) sindromului Klinefelter; c) sindromului Turner.

13. Enumeraţi tipurile de sexualitate ia animale.

14. Descrieţi schema determinismului genetic ai sexefor fa om.

15. Explicaţi mecanismul moştenirii caracterelor cuplate cu sexul.

16. Grupaţi noţiunile de mai jos după criterii asemănătoare:

a) hemofilia; e) daltonism;b) sindromul Down; j) ereditate intermediară;c) sindromul Klinefelter; e) maladii genice autozomale;d) anemie falciformă; h) maladii genice cuplatem) maladii cromozomiale; cu sexul.

17. Expuneţî-vă părerea despre serviciul de consultaţii medico-genetice.

18. Alegeţi răspunsurile corecte:1. Aberaţiile cromozomiale umane:a) pot afecta atât autozomii, cât şi heterozomii;b) cele de tip poliploid sunt letale;c) cele de tip aneuploid sînt viabile în general în cadrul grupului Aşi B de cromozomi;d) sindromul Down este cea mai frecventă aneuploidie heterozomala umană.

130

Page 131: Biologie XII

fern®

GENETICA :AMELIORAREA

1 ETAPELE AMELIORĂRII 2 METODE TRADIŢIONALE DE AMELIORARE 3 ME-TODELE MODERNE DE AMELIORARE

ETAPELE AMELIORĂRII

Din cele mai vechi timpuri omul s-a ocupat de îmblânzirea animalelor sălbatice>i a plantelor spontane. Bazele ştiinţifice ale acestei activităţi au fost puse abia înt doua jumătate a sec. al XlX-lea, după stabilirea legităţilor variabilităţii, eredităţii

selecţiei naturale.Ştiinţa care elaborează bazele teoretice şi metodele de creare a noi soiuri de

lante, rase de animale şi tulpini de microorganisme, precum şi de îmbunătăţire aBelor existente este numită ameliorare.

Bazele ameliorării au fost puse de către eminentul genetician şi amelioratorJS, academicianul N. Vavilov. Fundamentul ştiinţific al ameliorării îl reprezintă

pnetica. Sarcina de bază a ameliorării rezidă în crearea de noi soiuri de plante deiltură, rase de animale domestice şi tulpini de microorganisme. Acestea prezintăjpulaţii de indivizi creaţi artificial de om şi înzestraţi cu anumite proprietăţireditare necesare lui. Toţi reprezentanţii unei rase, soi sau tulpini au particularităţiientice, fixate ereditar, dar o reacţie tipică la factorii de mediu. De exemplu,râul de toamnă şi cel de primăvară la exterior se aseamănă foarte mult, dar reacţia»r la temperatură şi durata zilei-lumină este diferită. Grâul de toamnă, fiind semănatimăvara, nu va rodi, la fel se va întâmpla şi cu cel de primăvară semănat toamna.Direcţiile principale ale ameliorării sunt următoarele:

roadă înaltă la hectar a soiurilor de plante, prolificitatea şi productivitateaselor de animale;

calitatea producţiei (gustul, aspectul exterior, compoziţia chimică etc.);

Uneori ameliorarea se echivalează incorect cu selecţia. Spre deosebire? selecţie, care se rezumă la acţiuni pasive de alegere a formelor maivantajoase, ameliorarea reprezintă o ştiinţă complexă, orientată spre sporirea

productivităţii tuturor ramurilor agriculturii.

131

Page 132: Biologie XII

• proprietăţile fiziologice (rezistenţa la secetă, la îngheţ, la boli, dăunători==J etc.);

* calea intensivă de dezvoltare (la plante - receptivitatea la îngrăşăminte,f**"*» irigaţie, la animale — „ recuperarea " nutreţurilor etc.).

Scopurile ameliorării ca ştiinţă sunt determinate de nivelul agrotehnicii, niveluli-U de industrializare a ramurilor agriculturii, necesităţile pieţei, deficitul de apă7's potabilă, utilizarea irigaţiei ş.a. De exemplu, pentru regiunile ce duc lipsă de apă^ ' potabilă problema cultivării cerealelor a fost parţial soluţionată prin crearea unui

soi de orz ce dă roade satisfăcătoare la irigarea cu apă de mare. Au fost create rasede găini ce asigură o producţie înaltă de ouă în condiţii de suprapopulare a fabriciloravicole. Pentru satisfacerea pieţei cu blănuri au fost create rase de animale pentrublană de cele mai diferite culori.

Ameliorarea cuprinde două etape: domesticirea şi selecţia.

Domesticirea formelor sălbaticePrimele încercări de domesticire au fost făcute acum 20-30 mii de ani. Iniţial

domesticirea decurgea inconştient. Plantele şi animalele sălbatice se alegeau dupăcapacitatea lor de a se înmulţi în condiţii artificiale, sub controlul omului. Deexemplu, dintre animale erau lăsate doar cele ce se reproduceau în captivitate,dintre graminee - exemplarele ale căror spice nu-şi scuturau seminţele etc. Dincele 250 mii de specii de plante superioare au fost „domesticite" 3 mii, iar încultură au fost introduse doar 150 de specii. Unele au început să fie cultivate decurând: de exemplu, sfecla-de-zahăr şi floarea soarelui - în sec. XIX, menta - însec. XX. Dintre 1,5 mii specii de animale au fost domesticite doar 20.

Centrele de origine ale plantelor de cultură. Cea mai importantă problemă aameliorării este alegerea materialului iniţial. N. Vavilov şi colaboratorii săi auefectuat circa 60 de expediţii pe toate continentele, cu excepţia Australiei. Membriiacestei expediţii - botanişti, geneticieni, amelioratori - pot fi consideraţi adevăraţi„vânători" de plante. Rodul muncii lor a fost stabilirea celor opt centre cu cea maimare varietate a formelor genetice de plante care, după părerea lui Vavilov, şi suntcentrele de origine ale plantelor de cultură corespunzătoare (a se vedea tabelul1.13). în timpul călătoriei N. Vavilov şi colaboratorii săi au adunat o colecţie unicăde plante, cea mai mare din lume, care numără în prezent circa 300 mii de probe.Ea se completează şi se reînnoieşte permanent şi serveşte ca material iniţial pentruameliorare. înainte de a începe lucrul asupra unui nou soi, amelioratorul îşi alegedin colecţia dată mostrele cu caracterele ce-1 interesează. De exemplu, dacă scopulamelioratorului este crearea unui soi de grâu rezistent la ger, el va studia din colecţia Imondială varietăţile colectate din regiunile nordice ale Asiei, Europei, Americii.Din acestea el va alege varietatea ce corespunde cel mai bine intenţiilor sale.

Centrele de origine şi de domesticire ale animalelor. Investigaţiile au arătatcă centrele de origine şi raioanele de domesticire ale animalelor coincid. Acesteasunt teritoriile vechilor civilizaţii. De exemplu, în centrul indonezian-indochirk132

Page 133: Biologie XII

Tabelul 1.13CENTRELE DE ORIGINE ALE PLANTELOR DE CULTURĂ (DUPĂ N. VAVILOV)

UMIREA

Sud-asiatic

Est-asiatic

AMPLASAREA

India tropicala, Indochina, Chinade Sud, insulele Asiei de Sud-VestChina Centrală şi de Est, Japo-nia, Coreea, Taiwan

Sud-vest asiatic Asia Mijlocie şi Mică, Iran, Afga-nistan, India de Sud-Vest

Mediteranean Ţările de pe malul Mării Adriatice

Abisinian Podişurile abisinice ale Africii

Central-american Mexicul de Sud

Sud-american Ţărmul de vest al Americii de Sud

PLANTELE DE CULTURĂ

Orezul, trestia-de-zahăr, citruşii,castravetele, vinetele (-50% dinplante de cultură)Soia, meiul, hrişcă, arbori fructiferi- prunul, vişinul ş.a. (~20% dinplantele de cultură)Grâul, secara, boboasele, inul, câ-nepa, morcovul, strugurii, ustu-roiul, părul, caisul (-12% din plantede cultură)Varza, sfecla-de-zahăr, măslinul,ierburile furajere (-11% din plan-tele de cultură)Grâul tare, orzul, bananierul, arbo-rele-de-cafeaPorumbul, bostanul, tutunul, bum-baculCartoful, ananasul, arborele-de-chinină

O

au fost domesticite pentru prima dată câinele, porcul, găinile, raţele, gâştele, înAsia Anterioară - oile, iar în Asia Mică - caprele.

Selecţia artificialăUrmătoarea etapă a ameliorării este aplicarea formelor conştiente ale selecţiei

cu scopul îmbunătăţirii indicilor productivi şi reproductivi, sporirii rezistenţei lafactorii extremi ai mediului şi la boli, ridicarea calităţii producţiei obţinute. Seevidenţiază trei tipuri de bază ale selecţiei artificiale: în masă, individuală şicombinativă.

Selecţia în masă se face după fenotip atât în populaţiile de plante, cât şi în celeI de animale, fără controlul genotipului. De exemplu, pe un câmp experimental cusecară cresc circa 1 000 de plante. Dintre acestea se aleg vreo 50 de exemplare careau tulpina de o înălţime medie, viguroasă, rezistentă la polignire şi cu cât mai multe

| boabe în spic. în anul următor seminţele de la aceste plante se vor semăna pe un altcâmp. Plantele de pe acest câmp trebuie să fie mai productive şi mai rezistente lapolignire decât cele de pe primul câmp. Dacă cele planificate au fost obţinute,înseamnă că scopul selecţiei în masă a fost atins. La fel se procedează şi în cazulanimalelor. Pentru reproducere, din populaţia de găini de rasa Lehgorn sunt lăsatefemelele ce nu manifestă instinctul de clocire, au penajul alb, dau circa 150-200 deouă pe an şi au o greutate de 1,6 kg.

Neajunsul acestui tip de selecţie constă în faptul că după fenotip nu întotdeaunaj poate fi ales cel mai bun genotip. Selecţia în masă asigură ameliorarea înceată a

133

Page 134: Biologie XII

populaţiilor, dar fără aplicarea ei rasele şi soiurile riscă să-şi piardă repede calităţile.Selecţia individuală. La baza acestui tip de selecţie stă aprecierea plantelor şi

"•j animalelor selectate după descendenţi. Aceasta permite o evaluare mai exactă ar*^ genotipului. Selecţia individuală presupune ca seminţele de la cele 50 de plante de"~Z s e c a r ă selectate de pe un câmp cu 1 000 de plante să nu fie amestecate, ci semănate^~ aparte. Analizând descendenţa de la fiecare plantă în parte, putem determina cu7^ precizie genotipul cel mai valoros. Dacă planta sau animalul selectat transmit^-' urmaşilor indicii după care a fost selectat, selecţia individuală este continuată şi

în generaţiile următoare. Selecţia individuală este deosebit de eficientă în alegereaindivizilor după caractere cantitative.

Selecţia combinativă prezintă o îmbinare a selecţiei individuale cu hibridizarea.Astfel, formele de plante sau animale ce se deosebesc după anumite caractere seîncrucişează. Apoi se face selecţia individuală printre hibrizii obţinuţi a formelorhomozigote recombinate. în cazul plantelor cu autopolenizare selecţia se face pânăîn generaţia a 7-a - 8-a, deoarece anume în această generaţie toţi indivizii (100%)sunt homozigoţi.

Scopul final al ameliorării, în majoritatea cazurilor, este obţinerea de formehomozigote.

2. METODE TRADIŢIONALE DE AMELIORARE

Tipurile de încrucişări în ameliorare. Eficienţa selecţiei sporeşte la îmbinareaei cu anumite tipuri de încrucişări, şi anume: inbreedingul şi autbreedingul.Inbreedingul prezintă încrucişarea formelor ce au un strămoş comun, fiind numităşi consangvinizare. Acest tip de încrucişare, utilizat pentru obţinerea de liniihomozogote, este mai uşor realizabil la plantele cu autopolenizare şi la animalelehermafrodite. în cazul plantelor cu polenizare încrucişată se recurge la încrucişareadintre rude: frate-soră, tată-fiică, mamă-fecior etc. Durata de timp, necesară pentruobţinerea de linii homozigote după genele ce controlează caracterul studiat, este cuatât mai mică, cu cât gradul de rudenie dintre formele încrucişate este mai mare.Inbreedingul are şi un efect negativ, condiţionat de trecerea unor gene mutante recesiveîn stare homozigotă, ceea ce reduce vitalitatea organismelor sau au un efect letal.

Autbreedingul (sau hibridizarea îndepărtată) constă în încrucişarea organismelorce aparţin diferitelor rase, soiuri, specii, genuri. Autbreedingul permite reunireadiferitelor proprietăţi ereditare într-un hibrid. Acest tip de încrucişare trebuie urmatde selecţia formelor necesare, deoarece în baza variabilităţii combinative aparhibrizi şi cu îmbinări nedorite ale caracterelor.

Aplicarea practică a heterozisului. Vigoarea hibrizilor faţă de formeleparientale a fost observată încă în sec. al XIII-lea, iar aplicarea ei practică datatăcu anii 30 ai sec. al XX-lea a dat o nouă orientare ameliorării - crearea de hibriziînalt productivi de plante şi animale. Să urmărim procesul de creare a unor astfe!de hibrizi pe exemplul porumbului. Mai întâi se face autopolenizarea mai multor134

Page 135: Biologie XII

soiuri, care corespund cerinţelor climaterice ale regiunii date, pentru obţinerea delinii inbreeding, adică homozigote după majoritatea genelor. Pentru crearea unorastfel de linii se cer 5-7 ani. La cea de a doua etapă se evaluează liniile obţinuteprin autopolenizare după capacitatea lor combinativă, adică după capacitatea linieide a forma la încrucişarea cu altă linie hibrizi mai viguroşi. Hibrizii interliniari deprima generaţie se apreciază după efectul heterozisului şi se selectează liniile ceformează cele mai bune combinaţii, înmulţindu-le în masă pentru obţinerea deseminţe hibride. Pentru a găsi perechile de linii din încrucişarea cărora rezultă celmai înalt efect al heterozisului este necesar de a controla câteva mii de combinaţiihibride.

Obţinerea de seminţe hibride în scopuri de producţie presupune semănarealiniilor din încrucişarea cărora rezultă cei mai viguroşi hibrizi, în rânduri, alternândformele materne şi paterne. Pentru asigurarea polenizării încrucişate între liniilealese este necesar de a înlătura manual de pe plantele materne elementele masculineale florii (staminele) sau de a asigura sterilitatea florilor masculine. Prima caleeste deosebit de anevoioasă şi costisitoare. Pentru cea de a doua a fost propusăutilizarea fenomenului de sterilitate citoplasmatică masculină (fig. 1.11S). Cu acestscop se seamănă câte un rând de porumb cu polen steril şi unul cu polen fertil.Astfel se asigură polenizarea încrucişată.

Amintiţi-vă în ce constă fenomenul de sterilitate citoplasmaticămasculină.

în practică se folosesc doarhibrizii de prima generaţie,deoarece cei din celelalte gene-raţii segregă în formele iniţialeşi efectul heterozisului dispare.De aceea în cazul utilizării he-terozisului la plante sunt orga-nizate gospodării speciale, un-

l de se obţin numai hibrizi de pri-ma generaţie, care şi sunt co-mercializaţi, întrucât producti-vitatea hibrizilor heterozigoticieste cu 20-30% mai mare decât

|B soiurilor, cheltuielile pentruproducerea de seminţe hibride

ke recuperează. Heterozisuleste utilizat pe larg şi la sorg,sfecla-de-zahăr, orez, tomateş.a. Heterozisul este utilizat cu

încrucişarealiniilor

încrucişareahibrizilor

simpli

Hibrid dublu

CXD

r-

r K

(AXB)X (C-D)

Fig. 1.115. Schema obţinerii hibrizilor dubli la po-rumb cu utilizarea sterilităţii citoplasmatice masculine(SCM).

135

Page 136: Biologie XII

succes şi în avicultura, creşterea porcilor, vitelorpentru carne, sericicultură. Descoperirea feno-menului de heterozis şi aplicarea lui în practicăa fost unul din cele mai importante evenimenteîn genetică şi ameliorare.

Poliploidia. Plantele poliploide, spre deose-bire de cele diploide, se caracterizează prin di-mensiunile mai mari atât ale celulelor, cât şi ale

tetraploidă (A) şi diploidă (B). plantei în ansamblu. Efectul autopoliploidării seaplică pe larg la crearea a noi soiuri de plante de

cultură. Artificial autopoliploidia se obţine prin tratarea seminţelor sau plantelor,ovulelor sau embrionilor de animale cu colchicină sub acţiunea căreia se distrugfirele fusului de diviziune şi cromozomii nu se separă în timpul meiozei. Rezultatemai bune se obţin în cazul speciilor cu un număr mai mic de cromozomi în setuldiploid, cu polenizare încrucişată şi utilizate pentru obţinerea de masă vegetală,

în prezent multe plante de cultură sunt tetraploide, de exemplu, grâul, cartoful,unele soiuri de sfeclă-de-zahăr, căpşunul, hrişcă, viţa de vie (fig. 1.116) ş.a.

Hibridizarea îndepărtată. Experimentele au arătat că hibrizii obţinuţi dinîncrucişarea speciilor ce aparţin aceluiaşi gen, sau chiar a speciilor ce ţin de diferitegenuri, depăşesc părinţii după unele calităţi. De exemplu, hibridul îndepărtat dintregrâu şi secară - triticale - se distinge prin productivitate înaltă, rezistenţă la îngheţşi boli. Hibridul dintre grâu şi pir este rezistent la polignire şi posedă o productivitateînaltă. Drept exemplu de heterozis la animale poate servi catârul, obţinut dinîncrucişarea unei iepe cu un măgar. De regulă, hibrizii îndepărtaţi sunt sterili, dincauza imposibilităţii conjugării cromozomilor în meioză din lipsa omologilor.Posibilitatea combaterii infertilităţii hibrizilor îndepărtaţi a fost demonstrată pentruprima dată de savantul rus G. Karpecenko pe exemplul hibridului dintre varză şiridiche. Aceste două specii au acelaşi număr de cromozomi (2n = 18), dar aparţinla diferite genuri. Ca urmare, hibridul obţinut era steril, deşi avea tot 18 cromozomi.Sterilitatea acestuia se explică prin faptul că în meioză cromozomii „de varză" nuse conjugă cu cei „de ridiche". Karpecenko a reuşit să dubleze numărul decromozomi proveniţi de la fiecare specie. Astfel, hibridul dispunea de 18cromozomi „de varză" şi 18 cromozomi de „ridiche". Condiţii normale pentrumeioză au fost create: fiecare cromozom îşi avea omologul său. Gârneţii formaţipurtau câte o garnitură haploidă de cromozomi de varză şi de ridiche (9 + 9=18).Zigotul de asemenea conţinea o garnitură dublă de cromozomi.

Acesta şi alte experimente au demonstrat că este posibilă combaterea sterilităţiihibrizilor îndepărtaţi prin dublarea seturilor de cromozomi ale ambilor părinţi.

Mutageneza experimentală şi utilizarea ei în ameliorare. Posibilitatea obţineriide mutaţii experimentale a fost demonstrată pentru prima dată la ciuperci de către

136

Page 137: Biologie XII

G. Nadson şi G. Filipov. Acţionând cu raze de radiu asupra unor ciuperci inferioare,ei au observat creşterea frecvenţei şi spectrului variabilităţii ereditare. Mai târziu —,G. Meller şi L, Stadler independent unul de altul, au obţinut mutaţii induse la __rdrozofilă prin acţiunea asupra lor cu raze Roentgen. în anii 40 ai secolului XX Ode rând cu mutagenii fizici erau folosiţi şi cei chimici (etiliminul, ipritul ş.a.). L—

Descoperirea efectului mutagen al radiaţiei şi substanţelor chimice a deschis '^pperspective largi pentru ameliorare. Astfel a fost obţinut mutantul indus al orzului ţ ?cu tulpina joasă şi productivitatea înaltă. Mai mult ca atât, tulpina joasă şi viguroasăa permis ameliorarea ulterioară a mutantului în vederea măririi dimensiunilorspicului şi masei boabelor, fără riscul că sporirea productivităţii va duce la polignire.Cu ajutorul mutagenilor se obţin şi mutaţii ale sterilităţii masculine, utilizate laobţinerea de hibrizi heterozigoţi ai sfeclei-de-zahăr, orezului etc.

Succese deosebite s-au obţinut la utilizarea mutagenilor în ameliorarea micro-organismelor. La tratarea ciupercilor de mucegai cu mutageni fizici şi chimici au fostobţinuţi noi producenţi de antibiotice, de 1 000 de ori mai eficienţi decât formeleiniţiale. Prin mutageneză chimică s-a reuşit obţinerea unei noi tulpini de bacterii, unsuperproducent de endonuclează, ferment important cu proprietăţi antivirale.

în fitotehnia mondială sunt utilizate peste 1 000 de soiuri care provin de lamutanţi obţinuţi cu ajutorul mutagenilor fizici şi chimici.

3, METODELE MODERNE DE AMELIORARE

Succesele obţinute de genetică în studierea organizării aparatului ereditar aupermis elaborarea de metode principial noi de ameliorare a plantelor şi animalelor,în trecut varietatea genetică a materialului iniţial pentru ameliorare se obţinea cuajutorul hibridizării, poliploidiei, mutagenezei. Astăzi în acest scop sunt utilizatemanipulările la nivel de celulă, cromozom sau genă. Astfel au apărut noi metodede cercetare în genetica modernă - ingineria celulară, cromozomială şi genică. Cuajutorul acestor metode poate fi obţinută variabilitatea necesară a materialuluiiniţial pentru ameliorare. Aceste metode sunt utilizate pe larg în ameliorareaplantelor.

Ingineria celulară. Cultura în vitro de celule şi ţesuturi în baza totipotenţeiI celulelor a făcut posibilă regenerarea plantelor întregi, lucru imposibil pentru

animale. Condiţiile de regenerare au fost elaborate pentru mai multe plante decultură: cartof, grâu, orz, porumb, roşii etc. Aceasta a permis utilizarea în ameliorare

I a metodelor ingineriei celulare aşa ca hibridizarea somatică, haploidia, selecţiacelulară, depăşirea nehibridizării etc.

Hibridizarea somatica constă în contopirea a două celule diferite în cultura deţesuturi. Se pot contopi diferite tipuri de celule ale unui organism sau celule ale

I diferitelor specii {fig. 1.117). în 1978 pe această cale a fost obţinut hibridul dintreI cartof şi roşie. Dar planta obţinută nu şi-a găsit utilizare practică din cauza sterilităţii.

137

Page 138: Biologie XII

regenerareaplantei

izolarea epidermei

I Icolonie de celule

diviziunea celulelor

dizolvareamembranei celulare

plantă hibrid cartof roşie Selecţia celulară a permis

obţinerea de plante de cultură cepot creşte pe un anumit mediude viaţă, de exemplu pe săraturi.Cu acest scop, mii de celule ve-getale s-au însămânţat pe mediinutritive cu un conţinut sporit desăruri. Majoritatea celulelor aupierit. Prin înmulţirea de maideparte a celulelor ce au supra-vieţuit s-au obţinut plante re-zistente la un conţinut sporit desăruri în mediul de viaţă.

Ingineria celulară a permisobţinerea de plante haploide,reducându-se pe această caletimpul necesar pentru obţinereade plante homozigote diploidecu caractere dorite, de noi soiuri.Dacă în trecut, utilizând selecţiacombinativă, plante homozigotediploide se obţineau timp dezece de ani, în prezent acesteapot fi obţinute doar în doi ani.Cu acest scop mai întâi se încru-cişează formele parientele în ve-derea obţinerii de hibrizi. Pole-nul hibrizilor se recoltează şi seînsămânţează pe medii nutritive.

Din grăuncioarele de polen cresc plante haploide, iar prin dublarea numărului decromozomi - plante homozigote diploide. Această procedură durează 2-3 ani.

O direcţie importantă în ingineria celulară modernă ţine de etapele timpurii aleembriogenezei. Prin administrarea de hormoni se asigură obţinerea mai multorovule de la o vacă cu calităţi deosebite, fecundarea lor cu spermatozoizi de la untaur de rasă şi implantarea la diferite vaci. Pe această cale de la indivizi cu calităţideosebite se obţin de 10 ori mai mulţi urmaşi decât ar fi posibil pe cale obişnuită.

Ingineria cromozomială. Cu ajutorul acestei metode se pot substitui uniicromozomi, sau fragmente de cromozomi, se pot adăuga alţii noi. Acest tip demanipulări permite înlocuirea unuia sau ambilor cromozomi omologi ai unui soicu aceeaşi pereche a altui soi. Aceasta dă posibilitate amelioratorilor să înlocuiascăun caracter mai slab al soiului dat cu acelaşi caracter, dar mai puternic, de la altsoi. De exemplu, un soi de grâu este rezistent la polignire, la boli, are o produc -138

fuzionarea protoplaştilor

protoplaştiregenerarea

peretului celular mediu nutritiv

Fig. 1.117. Obţinerea în baza ingineriei celulare ahibridului dintre cartofi şi roşie.

Page 139: Biologie XII

tivitate înaltă, dar boabele au un conţinut scăzut de gluten. Alt soi este mai puţinrezistent la polignire, la boli, are spic mic, în schimb boabele sunt bogate în gluten,Substituind perechea de cromozomi omologi unde este situată gena responsabilăde conţinutul de gluten cu aceeaşi pereche omoloagă de la celălalt soi, putemobţine un nou soi ce întruneşte toate calităţile dorite. Pe aceeaşi cale se poaterealiza schimbul de cromozomi dintre specii înrudite, de exemplu dintre grâu şisecară. Astfel se obţin linii substituite.

Este cunoscută şi aplicată în practică metoda de introducere în genotipul uneispecii sau soi a unei perechi suplimentare de cromozomi de la altă specie. Metodadată permite obţinerea unor linii completate.

Ingineria genică. Ingineria genică asigură transferul artificial de gene necesarede la o specie la alta, deseori foarte îndepărtate ca origine. Apărută la confluenţachimiei acizilor nucleici şi geneticii microorganismelor, ingineria genică se ocupăcu descifrarea structurii genelor, cu sinteza şi donarea lor, „montarea" genelorextrase din organisme vii sau sintetizate în celulele plantelor şi animalelor în vedereamodificării orientate a genotipului lor. Pentru realizarea transferului de gene de lao specie la alta sunt necesare câteva operaţii pregătitoare:

- separarea genelor (a unor fragmente de ADN). în unele cazuri această operaţieeste substituită de sinteza artificială a genelor;

- unirea fragmentelor separate într-o moleculă unică în componenţa plasmidei;- introducerea ADN-ului plasmidic hibrid în celula gazdei;- copierea acestei gene de către noul stăpân.Genele clonate se introduc prin micro injecţie în ovulul mamiferelor sau în pro-

toplastul plantelor (celule izolate lipsite de perete celular). Din ele se dezvoltăanimale sau plante genomul cărora conţine noi gene. în urma acestor transferurise obţin plante sau animale transgenice. în prezent au fost obţinuţi şoarecitransgenici iepuri, porci, oi al căror genom conţine gene străine de origine diferită(gene ale bacteriilor, drojdiilor, mamiferelor şi chiar ale omului). Şoarecii dinimagine (fig. 1.118) sunt fraţi şi au aceeaşi vârstă. Unul din ei este transgenic: îngenomul său a fost integrată gena răspunzătoare de sinteza hormonului de creşterela om. în ultimii ani au fost obţinute plante transgenice rezistente la erbicide,insecte etc. Să analizăm calea parcursă de savanţi pentru obţinerea unor plantetransgenice rezistente la insecte. în natură există o bacterie Bacillus thuringiensis,care produce proteina, numită S-endotoxină. Nimerind în stomacul insectelor,

\Plasmida este o moleculă bacteriană inelară de ADN. Fiecare bacterie,

pe lângă ADN-ul de bază, care nu părăseşte celula, conţine şi câteva plasmide,cu care face schimb cu alte bacterii. Plasmidele se replică autonom, darconcomitent cu ADN-ul de bază.

139

Page 140: Biologie XII

^J/K/^^zs—ssss proteina produce liza pereţilor acestuia, provo-j^k ^^ când moartea insectei. Savanţii s-au gândit să

«| H T ^ folosească această proprietate a proteinei la crea-re yj^\ fm r e a ^ e forme de plante rezistente la insectele

wr^ H P ^ ^ dăunătoare. Pentru aceasta ei au izolat mai întâiw J din ADN-ul bacterian gena responsabilă de

f^ Fig. 1.118. Doi şoareci fraţi, dintre s i n t e z a proteinei date. Apoi gena a fost anexată^' care unul, cel mai mare, este trans- la plasmida bacteriei de sol Aerobacterium

8emc- tumefaciens. Cu această bacterie au fost infectatefragmente de ţesut vegetal crescut pe medii nutritive. în scurt timp, plasmidelepurtătoare ale genei proteinei-toxină s-au implantat în celulele vegetale, asigurândastfel încorporarea genei în ADN-ul plantei. Ţesuturile vegetale au fost trecute pealte medii nutritive care au asigurat creşterea şi dezvoltarea unor plante întregi.Omizile, hrănindu-se cu frunzele acestor plante, pier. Toxina dată este dăunătoarepentru insecte şi inofensivă pentru om şi animalele domestice. Conform datelor deultimă oră, de pe gena dată se sintetizează şi o altă proteină care induce dezvoltareatumorilor la om. Prin metoda descrisă au fost obţinute forme de cartof, roşii, tutun,rezistente la diferiţi dăunători agricoli, insecticide.

„Reprogramarea" genetică a bacteriilor a stat la baza fabricării industriale ahormonului de creştere, produs în condiţii fiziologice de hipofiză. Insuficienţaacestui hormon duce la nanism. în trecut deficitul lui era compensat prin admi-nistrarea din exterior. Hormonul era prelevat din hipofiză celor decedaţi, unde eleste prezent în cantităţi foarte mici. întrucât necesităţile în acest hormon depăşeaucu mult posibilităţile de obţinere, a apărut problema producerii acestuia în condiţiiindustriale. Sinteza chimică s-a dovedit a fi prea complicată şi costisitoare. Din1980 problema este rezolvată datorită ingeneriei genice. Gena, responsabilă desinteza hormonului de creştere, a fost izolată din ADN-ul uman şi integrată înprogramul genetic al bacteriei Escherichia coli {fig. 1.119).

Studiaţi după fig. 1.119 realizarea practică a reprogramării bacteriei învederea sintezei industriale a hormonului de creştere.

Pe aceeaşi cale a fost rezolvată cu succes fabricarea industrială a insulinei, utilizatăla tratarea diabetului zaharat. Diabetul zaharat este o boală metabolică gravă şi poatefi tratat doar prin administrare de insulina - hormonul pancreasului care regleazănivelul de zahăr în sânge. în trecut insulina se extrăgea cu greu din pancreasul porcilorşi vitelor sacrificate şi era şi scumpă. Din 1982 insulina se produce la scară industrialădin E. coli, „reprogramată" prin încorporarea în ADN-ul ei a genei umane respon-sabile de sinteza insulinei.

Cu ajutorul ingineriei genice a fost organizată producerea industrială a hormonilor,vitaminelor, enzimelor, vaccinurilor. în viitorul apropiat va fi soluţionată, apelând laingineria genică, problema modificării orientate a eredităţii plantelor superioare.

140

Page 141: Biologie XII

preocupare majoră este crearea unei sim-bioze dintre graminee şi bacteriile azoto-fixatoare, fapt ce ar rezolva problema îng-răşămintelor cu azot. Se elaborează şimetoda transferului la anumite specii deplante a unor sisteme fermentative maieficiente care ar asigura creşterea vitezeide fixare a CO2 şi a productivităţii plan-telor de cultură.

Succesele selecţiei. Asigurarea ali-mentară a populaţiei oricărei ţări depindeîn mare măsură de succesele ameliorării.Explicaţia este simplă. Până în prezentomenirea a antrenat în circuitul agricoldoar 10% din uscat, cealaltă suprafaţă ne-putând fi folosită. Avem doar o singurăsoluţie - sporirea fertilităţii solului, pro-ductivităţii culturilor agricole şi animale-lor domestice. în ultimii 100 de ani înameliorarea plantelor şi animalelor au fostobţinute succese remarcabile. Producţiala hectar de cereale în ţările economicdezvoltate constituie astăzi înjur de 100q/ha. Permanent se obţin soiuri noi, carese deosebesc atât după productivitate, câtşi după rezistenţa la boli, erbicide, insec-ticide. Decalajul dintre roadă medie şi cearecord demonstrează existenţa unorposibilităţi încă nevalorificate.

Succese îmbucurătoare au fost obţinu-te şi în zootehnie. Au fost create rase devite cornute mari ce dau 10 mii kg delapte pe an. Transferul hormonului decreştere la porci asigură o creştere mairapidă a acestora. în Anglia a fost obţinu-tă rasa de porci precoci prin încrucişarearaselor Duroc-Iersei şi Berechir. A reuşitşi încercarea amelioratorilor de a divizaembrionul de vacă la stadiul de 16-32celule în câteva părţi. Din fiecare parte,prin implimentarea ei unei mame-surogat, se pot obţine viţei normali.

fragment de ADNuman

bacterie(Escherichia

coli)

izolareaplasmidei

O

extrac-ţia şi

purifica-rea

produ-sului

încorporarea geneihormonului de

creştere în plasmidă

introducereaplasmidei

hibride într-obacterie

multiplicareabacteriei

culturăindustrială de

bacteriiproducătoarede hormon al

creşterii

ambalareaprodusului

tratarea copiilorcu insuficientă

a hormonului decreştere

O

Fig. 1.119. Reprogramarea genetică a E. coliîn vederea obţinerii hormonului de creştere.

141

Page 142: Biologie XII

731. Definiţi noţiunile de ameliorare, soi, rasă.

2. Descrieţi etapele ameliorării,

3. Analizaţi scopuî expediţiilor făcute de Vavilov şi colaboratori! săi îndiverse regiuni ale globului,

4. Utilizând harta de contur, evidenţiaţi centrele de origine ale plantelor decultură şi de domesticire a animalelor,

5. Explicaţi care este importanţa colecţiei de seminţe adunate de VaviJov,

6. Analizaţi tipurile de selecţie,

7. Enumeraţi metodele tradiţionale de ameliorare.

8. Alcătuiţi o schemă ce ar explica utilizarea heterozisuluî.

9. Descrieţi eficienţa soiurilor polîploide,

10. Analizaţi mecanismul hibridării îndepărtate efectuate de G, Karpecenko.

11. Analizaţi roiul utilizării factorilor mutager» în ameliorarea microorga-nismelor.

12. Alcătuiţi un tabel ce ar ilustra comparaţia dintre ameliorarea plantelorşi animalelor,

13. Enumeraţi metodele moderne de ameliorare.

14. Explicaţi prin scheme mecanismul utilizării ingineriei:a) celulare; b) cromozomiale; cjgenice.

15. Grupaţi după anumite criterii noţiunile; inginerie genîcă, heterozis,selecţie combinative, selecţie individuală, plante hapîoîde, transfer decromozomi, transfer de gene, plante transgenice» sinteza somatotropinei,consanguinizarea, hibridare îndepărtata, selecţie în mase.

16. Alcătuiţi un eseu la tema „Ameliorarea soiurilor de plante fi a raselorde animale în Moldova".

17. Test. Alegeţi răspunsurile corecte:1. Protoplaştii:

sînt celule vegetale cu peretele celular rigid pectocelulozic;b) pentru obţinerea lor sînt folosite enzime capabile să digere membrana celulară;c) pot fuziona în mod spontan şi fără influenţe stimulatoare;d) hibridarea somatică prin protoplaşti este o formă de aloploidie.

2. Androgeneza:a) directă, se realizează numai prin embriogeneză;b) duce obligatoriu la organisme hapioide;c) indirectă, se realizează prin organogeneză;d) constă în faptul că la plantele cu flori are loc o reprogramare a informaţieigenetice a microsporului în condiţii naturale.

142

Page 143: Biologie XII

e (e%tci.

Istoria dezvoltării concepţiilor

evoluţioniste

Mecanismul evoluţiei

Dezvoltarea vieţii pe Pământ

Originea şi evoluţia omului

m

.. >

Page 144: Biologie XII

ISTORIA DEZVOLTĂRIICONCEPŢIILOR EVOLUŢIONISTE

1 PERIOADA PREDARWINISTĂ ÎN DEZVOLTAREA CONCEPŢIILOR EVOLUŢIONIS-TE 2 TEORIA EVOLUŢIEI LUMII VII A LUI CH. DARWIN 3 PERIOADA POSTDAR-

WINISTĂ ÎN DEZVOLTAREA CONCEPŢIILOR EVOLUŢIONISTE 4 DOVEZILE EVO-LUŢIEI LUMII VII

1. PERIOADA PREDARWINISTĂ ÎN DEZVOLTAREA CONCEPŢIILOR

EVOLUŢIONISTE

Termenul de evoluţie (de la lat. evoluţio - desfăşurare) a fost folosit pentruprima dată de naturalistul elveţian Ch. Bonnet în 1762 într-o lucrare de embriologie.Astăzi în biologie prin termenul de evoluţie se subînţelege dezvoltarea istoricăireversibilă şi într-o măsură oarecare orientată a naturii vii. Importanţa evoluţieireiese din cele trei rezultate ale sale:

* complicarea şi sporirea treptată a nivelului de organizare a fiinţelor vii;* sporirea adaptabilităţii organismelor la condiţiile de viaţă;* formarea de noi unităţi sistematice.în legătură cu faptul că fondatorul teoriei evoluţioniste este renumitul naturalist

englez Ch. Darwin, în istoria dezvoltării concepţiilor evoluţioniste se disting douăperioade: predarwinistă şi postdarwinistă. Perioada predarwinistă este reprezentatăde două curente: creaţionismul şi transformismul.

Creaţionismul. în perioada predarwinistă (până în 1859) dominau viziunilemetafizice despre natură. Acestea aveau la bază două teze: natura este absolutinvariabilă şi oricare organism din momentul creării sale este util. Acceptareaacestor teze presupunea recunoaşterea existenţei creatorului, de aceea învăţăturadespre evoluţia lumii vii bazată pe aceste teze a fost numită creaţionism (de la lat.

Teoria darwinistă despre evoluţia lumii vii nu trebuie confundată cuevoluţionismul. Prima reprezintă doar o concepţie referitor la evoluţia lumiivii, în timp ce evoluţionismul este o ştiinţă care elucidează mecanismeleapariţiei, existenţei şi evoluţiei acesteia.

144

Page 145: Biologie XII

creare - a crea). Ideile creaţionismului erau împărtăşite demajoritatea biologilor perioadei predarwiniste. Un exponentde frunte al acestei învăţături a fost savantul suedez C. Linne(fig. 2.1). El considera că speciile există în realitate şiprezintăo totalitate de organisme asemănătoare după structură şicare dau urmaşi fecunzi. Specii, după părerea sa, sunt atâteacâte au fost create iniţial de creator, ele rămânând invariabileîn timp. încercând să sistematizeze varietatea enormă deplante şi animale care au invadat Europa după colonizareapământurilor de peste ocean, Linne a întocmit primul sistemde clasificare a lumii vii care cuprindea 24 clase de plante şi6 de animale. întrucât nu reflecta rudenia istorică dintre grupele de organisme,acesta s-a dovedit a fi un sistem artificial. Spre sfârşitul vieţii, Linne era fermconvins că unele specii pot apărea din altele în urma încrucişării şi sub acţiuneaschimbărilor din mediu.

Transformismul. La sfârşitul secolului al XVIII-lea în biologie se acumulaseI un bogat material descriptiv care demonstra variabilitatea lumii vii, şi anume:

• chiar şi speciile absolut diferite la exterior prezintă unele asemănări alestructurii interne;

• speciile contemporane se deosebesc de cele ce au trăit cândva;• aspectul exterior, alcătuirea şi productivitatea plantelor de cultură şi a

animalelor domestice se pot schimba considerabil o dată cu schimbarea condiţiilor\ de creştere şi întreţinere.

îndoielile apărute în ce priveşte invariabilitatea speciilor au dat naştere trans-ormismului-sistemul de concepţii despre variabilitatea şi transformarea plantelor

şi animalelor sub influenţa cauzelor naturale. Reprezentanţi ai transformismuluiau fost Buffon G. L., Geoffroy Saint-Hilaire E., Darwin E. ş.a.

Meritul în dezvoltarea ideilor transformismului aparţine ilustrului biolog francezJ. B. Lamarck (1744-1829) (fig. 2.2), creatorul primei teorii evoluţioniste.Concepţiile sale referitor la dezvoltarea istorică a lumii organice au fost expuse înlucrarea "Filozofia zoologiei" (1809). Lamarck afirma că "creatorul" a creat doarmateria şi legile ce acţionează în natură, asigurând mişcarea acesteia. Toatecorpurile şi fenomenele naturii au apărut însă pe cale naturală din materia

(anorganică. Organismele complexe, după părerea lui, nu au putut apărea pe^aşteptate, dintr-o dată. Mai întâi au apărut organismele simple care pe durataiei perioade îndelungate de timp s-au dezvoltat în organisme mai complexe.

Necunoaşterea principiului istrorismului în dezvoltarea lumii vii, al variabilităţiipeciilor ca urmare a condiţiilor de viaţă diferite prezintă doar unele din meritele

i Lamarck în elaborarea concepţiei evoluţioniste.Concluziile la care a ajuns renumitul biolog se bazau pe studiile sale în domeniul

Sistematicii plantelor şi animalelor. Pe lângă faptul că era considerat unul din ceipnai buni botanişti ai timpului, ocupând postul de şef de catedră a insectelor şi

Biologie, ci. a XII-a .. . _

Page 146: Biologie XII

viermilor, Lamarck a participat nemijlocit la elaborareasistematicii nevertebratelor. Astfel, cunoaşterea profundă alumii vii i-au dat posibilitatea să trateze în cunoştinţă de cauză

( | ^ ^ ^ problema evoluţiei acesteia. Să analizăm în continuare ideileevoluţioniste ale lui Lamarck.

Variabilitatea speciilor. Studiind plantele răspândite peteritoriul Franţei, Lamarck a observat că speciile caracteristiceregiunilor nordice, pe măsura deplasării lor spre sud seschimbă treptat, căpătând trăsături specifice plantelor sudice.Astfel el a descoperit forme de trecere ce leagă între elespeciile apropiate. Prezenţa acestora i-au sugerat ideeavariabilităţii speciilor. în acelaşi timp Lamarck a conchis

greşit că speciile nu există, în natură fiind prezente doar un şir de forme de trecerecare pentru comoditatea clasificării sunt considerate specii.

Rolul mediului în variabilitatea speciilor. Observând deosebirile dintrereprezentanţii aceleiaşi specii crescuţi în diferite regiuni ale ţării, Lamarckpresupune că cauza variabilităţii acestora sunt condiţiile de mediu. Dacă condiţiilenoi de viaţă acţionează timp îndelungat, pe durata câtorva generaţii, organismelese pot schimba radical, dând naştere unei noi specii. Modificarea organismelorsub influenţa condiţiilor de viaţă este, după părerea sa, cauza principală a speciaţiei(formarea de noi specii). în condiţii noi de viaţă apar deprinderi noi care duc laantrenarea sporită a unor organe şi neantrenarea altora. Cele antrenate se dezvoltă(gâtul lung al girafei, membranele înotătoare la păsările înotătoare), iar celeneantrenate se reduc (subdezvoltarea ochilor la cârtiţă, aripilor la struţ şi pinguinetc.). Astfel a luat naştere legea antrenării şi neantrenării organelor, combătutăulterior de Darwin şi adepţii săi. Modificările organelor, dacă ele sunt comunepentru ambele sexe, se moştenesc. Această afirmaţie a lui Lamarck a fost numităipoteza moştenirii caracterelor dobândite.

Gradaţia lumii vii Lucrul asupra sistematicii lumii vii 1-a adus pe Lamarck laideea gradaţiei lumii vii, adică a repartizării organismelor pe trepte ce reflectăcomplicarea structurii lor. Ideea gradaţiei lumii vii era pe atunci răspândită pe larg.Lamarck însă i-a dat o orientare evoluţionistă, prezentând-o ca pe un produs aldezvoltării lumii organice. în sistemul lumii vii propus de Lamarckplantele şi animaleleformează şiruri separate. Lumea animalelor el a împărţit-o în şase trepte. Pe ceainferioară a situat infuzoriile şi polipii, iar pe cea superioară - păsările şi mamiferele.

Importanţa şi neajunsurile teoriei evoluţioniste a lui Lamarck. Importanţateoriei evoluţioniste a lui Lamarck constă în recunoaşterea apariţiei fiinţelor viidin materia nevie şi a dezvoltării lumii organice de la simplu la compus; formulareaideii de istorism; recunoaşterea rolului activ al mediului în variabilitatea speciilor, i

însă învăţătura lui Lamarck avea şi unele neajunsuri. Recunoscând în calitatede factori ai evoluţiei condiţiile schimbătoare ale mediului şi tendinţa internă aorganismelor spre perfecţiune, el 1-a omis pe cel principal - selecţia naturală.

146

Page 147: Biologie XII

Presupunerea sa că evoluţia se datorează tendinţei existente în natură spre perfec-ţiune nu corespundea realităţii. Numeroasele experienţe efectuate cu scopul deter-minării moştenirii sau nemoştenirii caracterelor dobândite nu au confirmatpresupunerea lui Lamarck. Ulterior s-a demonstrat că se moştenesc doar caracterelecare vizează materialul ereditar din celulele sexuale şi nicidecum modificărileapărute în urma antrenării şi neantrenării organelor.

2, TEORIA EVOLUŢIEI LUMII VII A LUI CH. DARWIN

învăţătura despre dezvoltarea lumii organice, cea mai grandioasă generalizareştiinţifico-naturală a sec. XIX, a apărut în Anglia, şi nu întâmplător. în primajumătate a sec. XIX Anglia era cea mai dezvoltată ţară din lume. Necesităţile înnoi surse de materie primă şi pieţe de desfacere impuneau acapararea de noipământuri. Astfel Anglia devine ţara cu cele mai multe colonii. Pentru valorificareabogăţiilor naturale de pe noile pământuri se organizau expediţii militare, comercialeşi de cercetare. La una din aceste expediţii a participat şi Ch. Darwin, (fig. 2.3).

Charles Darwin s-a născut la 12 februarie 1809 în Anglia în familiaunui medic. Era un copil vioi, sensibil şi cam naiv, îndrăgostit de natură.Studiile primare şi Ie-a făcut într-un pension particular, unde se studiauîn special limbile antice (greaca şi latina). întrucât tatăl finea foartemult sâ-şi vadă fiul medic, a început să studieze medicina laUniversitatea din Edinburgh. Dar visul tatălui nu avea să se realizeze.Tânărul Darwin simţea o totală repulsie faţă de medicină, nefiind înstare să vadă sânge şi să suporte suferinţele bolnavilor operaţi. într-una din zile,suferinţele unui copil operat, pe atunci nu se ştia deanestezice, au produs asupra lui o impresie atât de puternică, încât ajurat să nu mai calce pragul sălii de operaţii. Tatăl s-a văzut nevolt sa-şi transfere fiul la facultatea de teologie a Universităţii Cambridge. întimpul studiilor la această universitate, Darwin a avut marele noroc săfie recomandat de nişte prieteni căpitanului vasului Beagle, care sepregătea pentru o călătorie în jurul lumii. După 5 ani de călătorii labordul acestui vas, Darwin s-a întors în patrie aducând cu sine numeroasecolecţii de fluturi, gândaci, piei şi schelete de mamifere, amfibieni şireptile, păsări împăiate, plante exotice, roci ş. o.

în scurt timp de la sosire, Darwin se retrage la moşia sa cu intenţiade a pune în ordine notiţele făcute în timpul călătoriei. în 1842 el scrieo scurtă schiţă referitoare la teoria selecţiei naturale pe care o argu-mentează prin dovezi convingătoare. în 1858 această schiţă, carecuprindea iniţial câteva zeci de pagini scrise de mână, număra deja2300 de pagini. în 1859 vede lumina tiparului opera fundamentală avieţii sale "Originea speciilor". Darwin s-a stins din viaţă la 19 aprilie1882 şi a fost înhumat la panteonul englez din abaţia Westminster alăturide I. Newton.

. i147

Fig. 2.3.I Ch. Darwin

Page 148: Biologie XII

Bogatul material factologic acumulat în timpul expediţiei, precum şi unele—" descoperiri ştiinţifice ale timpului: legea conservării şi transformării energiei {A. La-~-\ voisie, M. V. Lomonosov), teoria formării lente a scoarţei terestre {Ch. Lyele, M. V. Lo-^S monosov); teoria originii sistemului solar {E. Kant), teoria celulară (M Shledein,-™ T. Swann) ş.a. i-au permis cercetătorului să formuleze teoria evoluţiei lumii vii înQ__ baza selecţiei naturale. Esenţa acesteia se rezumă la următoarele postulate:<T • Toate fiinţele vii ce populează Terra niciodată nu au fost create de cineva;

« Odată apărute pe cale naturală, organismele încet şi treptat se transformă şise perfecţionează în corespundere cu condiţiile mediului de viaţă;

* Transformarea speciilor în natură este posibilă datorită variabilităţiiereditare. Cu cât deosebirile dintre indivizii aceleiaşi specii sunt mai mari, cuatât şi probabilitatea adaptării lor la condiţiile noi de viaţă este mai mare;

• întrucât fiecare organism produce mai mulţi urmaşi decât pot supravieţui peteritoriul dat, între indivizii aceleiaşi sau diferitelor specii ce populează acelaşispaţiu are loc lupta pentru existenţă.

• Rezultatul luptei pentru existenţă este selecţia naturală: supravieţuirea celormai adaptaţi. Selecţia naturală însă nu-i alege pe cei mai adaptaţi, ci îi eliminăpe cei mai puţin adaptaţi. Concepţia supravieţuirii celor mai adaptaţi constituienucleul teoriei despre selecţia naturală. Schematic, consecutivitatea evenimentelorsoldate cu alegerea celor mai adaptaţi indivizi se prezintă astfel:

Reproducerea! Lupta pentru Moartea 1 Selecţia I Adaptarea!nelimitată existenţă * selectivă I naturală 3 la mediu I

• Indivizii care au supravieţuit în lupta pentru existenţă dau naştere următoareigeneraţii şi astfel schimbările "reuşite " se transmit urmaşilor. Drept urmare fiecaregeneraţie nou apărută se dovedeşte a fi mai adaptată la mediul de viaţă, deoarecepe măsura modificării mediului apar noi adaptări. Dacă selecţia naturalăacţionează pe o durată mai îndelungată de timp, atunci ultimii descendenţi se potdeosebi într-atât de strămoşii lor, încât ar putea fi evidenţiaţi într-o nouă specie.Rezultatul evoluţiei sunt perfecţionarea adaptării organismelor la mediul de viaţăşi apariţia de noi unităţi taxonomice.

Teoria evoluţiei a fost expusă de Ch. Darwin în lucrarea, "Originea speciilor'''.apărută la 24 noiembrie 1859. Primul tiraj (1250 de exemplare) a fost vîndut într-osingură zi. în timpul vieţii autorului, lucrarea a fost reeditată de 6 ori şi a fosttradusă în toate limbile europene.

Importanţa teoriei darwiniste despre evoluţia lumii vii. Teoria lui Darwiidespre evoluţia lumii vii în baza selecţiei naturale a fundamentat biologia dirpunct de vedere ştiinţific şi a combătut concepţiile despre lipsa legăturilor dintspecii, despre caracterul întâmplător şi invariabil al diversităţii lumii organiceCh. Darwin este primul savant care a dezvăluit forţa motrice a evoluţiei {selecţianaturală în baza luptei pentru existenţă) şi baza materială a acesteia - variabilitatea.

148

Page 149: Biologie XII

3 PERIOADA POSTDARWINISTĂ ÎN DEZVOLTAREA CONCEPŢIILOREVOLUŢIONISTE ^

Perioada postdarwinistă în dezvoltarea teoriei evoluţioniste poate fi împărţită 7^în câteva etape: -^1

1. Etapa creativă, caracterizată prin interesul sporit faţă de ideile darwiniste, ~propagarea şi acceptarea lor pe larg în diferite ţări. în Anglia darwinismul era <"^promovat de A. Wallace şi /. S. Huxley, în Germania de către A. Weismann şi E. Haekel, ^în Rusia de către C. A. Timireazev, 1.1. Mecinikov şi /. M. Secenov, iar în Româniade către Emil Racoviţă.

2. Etapa negării darwinismului (antidarwinismul), când au apărut un şir de curentecare negau rolul conducător al selecţiei naturale în evoluţia lumii vii. Drept forţămotrice a evoluţiei era propagată mutaţia. Promotori activi ai ideilor antidarwinisteerau unii din autorii teoriei mutaţiilor {W. Johannsen şi Hugo de Vries).

3. Etapa sintetică, a apărut la începutul anilor 40 ai secolului XX şi continuăpână astăzi. Termenul de sintetică ţine de lucrarea renumitului evoluţionist englezHuxley I. S. "Evoluţia: sinteza contemporană" (1942). Principalele postulate aleacestei teorii pot fi formulate astfel:

• Materialul evoluţiei îl prezintă mutaţiile, de regulă, cele genice;• Forţa motrice a evoluţiei este selecţia naturală în baza luptei pentru existenţă;• Cea mai mică unitate a evoluţiei este specia.Lipsa unor dovezi materiale, dificultăţile în calcularea şi demonstrarea

tempourilor evoluţiei sunt punctele vulnerabile ale teoriei sintetice a evoluţiei.în prezent au fost înaintate un şir de noi ipoteze ale evoluţiei lumii vii, dintre

care menţionăm următoarele:- Teoria neutrală a evoluţiei, elaborată deM Kimura, care nu recunoaşte selecţia

naturală ca forţă motrice a evoluţiei. Savantul consideră că majoritatea mutaţiilornu au o valoare selectivă, fiind neutre faţă de condiţiile concrete ale mediuluiînconjurător. în calitate de factor creator al evoluţiei este promovat hazardul saucaracterul întâmplător al coincidenţei dintre mutaţiile formate şi condiţiile adecvateale mediului înconjurător, care favorizează fixarea şi dezvoltarea lor ulterioară.

- Teoria echilibrului punctat, formulată R. Levontin. Adepţii acestei teorii nurecunosc evoluţia lentă şi îndelungată a speciilor şi consideră că formarea de noispecii are loc brusc. în calitate de forţe motrice ale evoluţiei sunt promovate unelestări ale genotipului speciei, care în condiţiile concrete ale mediului transformă

[rapid specia iniţială.- Teoria informaţională a evoluţiei, promovată de A. Kordium. Are la bază

[transmiterea informaţiei între reprezentanţii diferitelor unităţi taxonomice atât pe>erticală (de la părinţi la urmaşi), cât şi pe orizontală. Adepţii acestei teorii:onsideră că la baza evoluţiei multor organisme stă circulaţia pe orizontală a

fnformaţiei genetice prin intermediul diferitelor organisme, numite vectori, printrecare un loc aparte revine virusurilor.

149

Page 150: Biologie XII

4, DOVEZILE EVOLUŢIEI LUMII VII

Ştiinţa contemporană dispune de date şi dovezi incontestabile ale procesului—" evoluţionist. Printre acestea deosebim dovezi indirecte care prezintă datev -1 factologice acumulate de diferite ştiinţe: biogeografîe, anatomia comparată,— embriologie, paleontologie ş.a. Datele experimentale şi observările puse la^ dispoziţie de genetică şi evolutionism, precum şi succesele obţinute în crearea de- > noi specii de plante de cultură şi animale domestice sunt dovezi directe ale evoluţiei

lumii. în continuare expunem cele mai importante dovezi indirecte ale evoluţieilumii vii.

Dovezile biochimici, biologiei moleculare şi citologiei

fi Amintiţi-vă elementele şi compuşii chimici specifici naturii vii.

Analiza chimică a arătat că în compoziţia tuturor organismelor vii intră aceleaşielemente chimice. Atât corpul plantelor, cât şi al animalelor se compune din substanţeorganice (proteine, glucide, lipide, acizi nucleici ş.a.) şi anorganice. Mai mult ca atât,toate procesele biochimice ce au loc în organismele vii se desfăşoară în mod similar.Toate organismele vii, cu excepţia virusurilor, au o structură celulară. Deşi existăunele deosebiri în structura celulei vegetale şi animale, în plan general ea esteasemănătoare. Asemănările enumerate în alcătuirea chimică, celulară şi desfăşurareaproceselor biochimice prezintă o dovadă a originii comune a naturii vii.

KT7 Amintiţi-vă principalele zone biogeografice ale Terrei.

Dovezile foiogeografîeiBiogeografia, în calitate de ştiinţă despre răspândirea organismelor pe Terra,

ne pune la dispoziţie un şir de date convingătoare ale evoluţiei lumii vii. Enumerămprincipalele dintre ele:

/ specificul florei şi faunei insulare. Deosebim insule de origine vulcanică şiinsule apărute în urma separării lor de continent. Cele vulcanice sunt populate, deregulă, de organisme care nimeresc aici din întâmplare. Flora şi fauna insulelorseparate de continent prezintă o copie fidelă a diversităţii lumii vii a continentuluila momentul separării. De exemplu, insulele Britanice, separate de curând de con- jtinent, au o faună identică cu cea europeană actuală. Pe insula Madagascar, care apierdut demult legătura cu continentul african, nu se întâlnesc mamifere de taliemare care au apărut pe continent după separarea insulei. în schimb aici trăiesclemurii, semimaimuţe neîntâlnite nicăieri în lume. Australia, Noua Zeelandă şiTasmania s-au separat de continent încă în era mezozoică. Drept urmare doar aicimai pot fi întâlnite monotremele şi marsupialele;

/ existenţa relictelor. Drept exemplu de relicte pot servi Gingo biloba IMetasequoja - dintre plante şi şobolanul maxat, latimeria, hateria şipeştii dipnoi\

150

Page 151: Biologie XII

- dintre animale. Peştii dipnoi se mai întâlnesc doar în America de Sud, AfricaEcuatorială şi Australia. Arealul restrâns al acestor peşti este consecinţa scindăriifostului continent Gondwana. Dipnoii sunt unicii peşti contemporani la care vezicaînotătoare s-a transformat în plămâni, asigurând respiraţia pe timp de secetă,întrucât condiţiile de viaţă în arealul restrâns al speciei au rămas relativ constante,dipnoii au ajuns neschimbaţi până în zilele noastre, dar în număr limitat;

v' specificitatea florei şi faunei fiecărei zone biogeografice. Din materialul expuseste evident că repartizarea speciilor de plante şi animale pe suprafaţa pământuluireflectă dezvoltarea istorică a Pământului şi evoluţia organismelor vii.

Dovezile paleontologiciPaleontologia este ştiinţa despre plantele şi animalele fosile. Analiza rămăşi-

ţelor de plante şi animale care au populat cândva planeta Pământ permit compa-rarea formelor contemporane de viaţă cu cele dispărute, precum şi reconstituirea(fig. 2.4) evoluţiei unor specii de animale şi plante. în calitate de exemplu săanalizăm evoluţia calului (fig. 2.5), Caii contemporani au provenit de la strămoşide talie mică, omnivori care au trăit acum 60-70 mln de ani în păduri şi aveaumembre pentadactile. O dată cu schimbarea climei, care a generat micşorareasuprafeţelor împădurite şi extinderea stepelor, s-au modificat şi condiţiile deviaţă ale strămoşului calului. Supravieţuirea în noile condiţii a fost posibilă doarîn urma transformării, în primul rând, a membrelor, deoarece căutarea hranei şiapărarea de duşmani pe spaţii deschise cerea dezvoltarea unei viteze mari. Caurmare numărul falangelor s-aredus până la una. Schimbăriau suferit şi celelalte părţi ale

I corpului: s-au mărit dimensiu-nile corporale, forma craniului,s-a complicat structura dinţi-lor, aparatul digestiv a căpătattrăsături specifice erbivorelorş.a. Astfel, odată cu schimbarea

[condiţiilor de viaţă a avut locI transformarea treptată a unoranimale mici pentadactile om-nivore în animale mari impari-

Icopitate erbivore.Analiza resturilor fosile, pre-

cum şi descoperirea resturilorunui număr mare de specii deplante şi animale dispărute caretăceau legătura dintre diferiterrupe sistematice a permis

151

CV

Fig. 2.4. Resturi fosile.

Page 152: Biologie XII

picior

Fig. 2.5. Resta-bilirea evoluţieicalului dupăresturile fosile.

descrierea evoluţiei şi în limitele altor taxoane. De exemplu, stegocefalul este oformă de trecere de la peşti la amfibieni, arheopterixul - de la reptile la păsări,teriodontul - de la reptile la mamifere.

Dovezile anatomiei comparate

Studiaţi după fig. 2.6 alcătuirea membrelor anterioare la diferite grupede organisme şi găsiţi asemănările şi deosebirile.

Analiza comparată a structurii interne şi externe a diferitelor organisme ademonstrat existenţa unor asemănări evidente, dovadă a originii lor comune.Astfel, membrele la unele vertebrate, deşi îndeplinesc funcţii diferite, au acelaşiplan de structură şi o origine comună. Oasele unor regiuni pot lipsi, alteleconcresc, însă toate se dezvoltă din aceleaşi primordii. Organele care au ostructură asemănătoare şi o origine comună, dar îndeplinesc funcţii diferite suntnumite omoloage (fig. 2.6).

în natură sunt frecvente cazurile de asemănare a organelor după aspectul exte-rior şi funcţii, originea lor fiind însă diferită. De exemplu, aripile la insecte

152

Page 153: Biologie XII

Fig. 2.7. Organe analoage la câr-tiţă şi coropişniţă.

Fig. 2.6. Organe omoloage.

păsări, membrele săpătoare la cârtiţă şi coro-pişniţă (fig. 2.7). Astfel de organe sunt numiteanaloage. La plante organe analoage suntghimpii la barbaris (frunze metamorfozate),ghimpii la salcâm (stipele metamorfozate) şighimpii la păducel (lăstari metamorfozaţi).

O dovadă a evoluţiei sunt şi organele rudi-mentare. Primordiile acestor organe se formeazăîn perioada embrionară, dar ulterior ele înceteazăsă se mai dezvolte şi la indivizii maturi rămânîn stare nedezvoltată. Cu alte cuvinte, rudi-mentele sunt organe care şi-au pierdut impor-tanţa în timpul evoluţiei. De exemplu, rudimentesunt centurile membrelor posterioare la balenă, dinţii la furnicar, cea de-a douapereche de aripi la diptere.

La unele organisme apar atavismele - caractere specifice strămoşilor specieidate care pe parcursul evoluţiei au fost pierdute. De exemplu, la o mie de animaleunicopitate poate apărea un individ tricopitat. Apariţia atavismelor denotă legăturaistorică dintre speciile dispărute şi cele actuale.

Dovezile embrîologiei

Studiaţi după fig. 2.8 dezvoltarea embrionară la diferite grupe de animaleşi trageţi concluzii.

Investigaţiile embriologice au arătat asemănarea stadiilor iniţiale ale dezvoltăriimbrionare la animale. Astfel, toate animalele pluricelulare îşi încep dezvoltareae la o celulă, urmând stadiile de blastulă, gastrulă, embrion tristratificat. Deosebite evidentă este asemănarea stadiilor embrionare în limitele unei clase sauicrengături. De exemplu, la embrionii tuturor vertebratelor sunt prezenterimordiile arcurilor branhiale, corzii, membrelor etc. Pe măsura dezvoltăriisemănarea dintre embrioni slăbeşte, manifestându-se tot mai clar trăsăturilelaşelor de care aparţin. Această legitate în dezvoltarea embrionilor indică înrudirea

153

Page 154: Biologie XII

V VI VII VIII Fig. 2.8. Emb-rionii diferi-telor vertebra-te: I - de peşte;II - de triton; III- de broască-ţes-toasă; IV - depasăre; V - deporc; VI - debovine; VII - deiepure; VIII — deom.

lor, originea comună (fig. 2.8). Pornind de la asemănarea în dezvoltarea embrionarăa vertebratelor, savanţii germani F. Miiller şi Haeckel E. au elaborat în a douajumătate a secolului XIX legea biogenetică. Conform acesteia fiecare individ înontogeneză repetă dezvoltarea istorică (filogeneza) a speciei sale, prin urmareontogeneză este o repetare succintă a filogenezei. De exemplu, mormolocii aucoadă, ca şi strămoşii lor. Bineînţeles că în ontogeneză nu se repetă toate etapeleevoluţiei care a avut loc pe durata a mii şi milioane de ani. Mai mult ca atât,embrionii se aseamănă nu cu formele adulte ale strămoşilor, ci cu embrioniiacestora. Prin urmare, legea biogenetică confirmă o dată în plus evoluţia lumiiorganice.

Un rol important în dezvoltarea embriologiei evoluţioniste a avut elaborareade către A. Severţov a concepţiei filembriogenezei. După părerea lui Severţov,evoluţia organismelor are loc în baza modificărilor ereditare ale oricăror stadii aleontogenezei. Prin urmare, deşi organismele păstrează mecanismele de dezvoltare,moştenite de la strămoşi, adaptările ulterioare la alte condiţii ale mediului şi la unalt mod de viaţă modifică mersul dezvoltării lor. Filogeneza prezintă un şir deontogeneze, legea biogenetică fiind un caz particular al raporturilor dintreontogeneză şi filogeneza, şi se respectă doar în ontogeneză speciei date.

154

Page 155: Biologie XII

1. Definiţi noţiunile: anîropogeneză, filogeneză, paleontologie, organeomoloage, organe anaîoage.

2. Analizaţi concepţiile predarwinîste ale lui K. Linne şi ale adepţilortransformismului după algoritmul:

a) premizele; b) meritele; c) neajunsurile.3. Enumeraţi premisele apariţiei teoriei evoluţiei lumii vii a lui Darwin.4. Analizaţi principiile de bază afe învăţăturii Sui Darwin.5. Descrieţi forţele motrice ale evoluţiei după Darwin.6. Explicaţi etapele perioadei postdarwiniste în istoria evoiuţîonismului:

a) creativă; c) neutrală;b) a negării; d) informaţională.

7. Enumeraţi dovezile directe şt indirecte ale evoluţiei lumii vii.8. Analizaţi datele anatomiei comparate.9. Selectaţi în 2 coloane organele omoloage şi anoloage.

a) spini de prun şi de salcâm;b) branhiile la peşti şi plămânii la reptile;c) aripile la păsări şi la fluture;d) branhiile la peşti şi la rac;e) cârceii la mazăre şi spinii la cactus;f) cârceii la viţa de vie şi cârceii la mazăre;g) membrele la balenă şi la cal.h) Cârceii la viţa de vie şi spinii la prun.

10. Analizaţi dovezile embriologfei.11. Explicaţi esenţa legii biogenetice.12. Alcătuiţi o schemă ce ar reprezenta etapele dezvoltării istorice a evoiu-

ţionismului.13. Grupaţi noţiunile de mai jos câte 3.

1. Paleontologie2. Embriologie3. Anatomie comparată4. Biogeografie5. Legea biogenetică6. Forme de trecere

7. Organe omoloage8. Atavisme9. Resturi fosile10. Dezvoltarea embrionară11. Specii izolate12. Specificul florei şi faunei.

14, Expuneţi-vă părerea referitor la evoluţia lumii vii.15. Descrieţi ce prezintă formele de trecere;

a) stegocefalii; b) arheopteritul; c) teriodonţii.

i s • - • • ' . • • • • • . • • . • • . - ; .

155

Page 156: Biologie XII

MECANISMULEVOLUŢIEI

1 MICROEVOLUŢIA. SPECIA Şl POPULAŢIA 2 FACTORII MICROEVOLUŢIEI3 REZULTATELE MICROEVOLUŢIEI 4 MACROEVOLUŢIA 5 TIPURILE EVOLU-ŢIEI 6 DIRECŢIILE PRINCIPALE ALE EVOLUŢIEI

1. MICROEVOLUŢIA. SPECIA Şl POPULAŢIA

Amintiţi-vă principalele unităţi taxonomice ale lumii vii.

în 1927 savantul rus Iu. Filipcenko a propus de a delimita evoluţia în douăprocese - micro- şi macro evoluţie. Microevoluţia întruneşte transformărileevolutive la nivel de specie, iar macroevoluţia - de gen, familie, ordin, clasă,încrengătură. Pentru înţelegerea procesului de microevoluţie este necesar de acunoaşte, în primul rând, noţiunile de specie şi populaţie şi criteriile în baza căroraacestea se delimitează.

Specia. Criteriile specieiNoţiunea de specie în calitate de categorie biologică a fost formulată pentru

prima dată în 1686 deJonh Ray (1628-1705). Definirea ei ca o totalitate de indivizice se aseamănă după caracterele morfologice aparţine ilustrului botanist suedezK. Linne (1707-1778). în prezent specia este definită ca o totalitate de indivizicare au o origine comună, se aseamănă după caracterele morfologice, fiziologiceşi biochimice, se încrucişează liber şi dau urmaşi fecunzi, sunt adaptaţi la anumitecondiţii de mediu şi ocupă un anumit teritoriu, numit areal. întrunirea indivizilorîntr-o specie se face în baza mai multor criterii. Enumerăm în continuare princi-palele dintre ele:

1. Criteriul morfologic - asemănarea indivizilor unei specii după structuraexternă şi internă;

2. Criteriul fiziologic ~ asemănarea indivizilor după procesele de activitatevitală, în primul rând al reproducerii. De regulă, indivizii diferitelor specii nu seîncrucişează, şi chiar dacă se încrucişează descedenţii sunt sterili;

3. Criteriul biochimic - indivizii unei specii pot fi deosebiţi de indivizii alteispecii după parametrii biochimici: compoziţia şi structura proteinelor, acizilornucleici, lipidelor şi altor substanţe organice codificate de genotipul fiecărui or-ganism;156

Page 157: Biologie XII

4. Criteriul genetic - specificitatea cariotipului indivizilor unei specii;5. Criteriul geografic - fiecare specie ocupă un anumit areal, distinct de al

altor specii;6. Criteriul ecologic - pentru fiecare specie sunt caracteristice anumite relaţii

cu reprezentanţii altor specii cu care convieţuiesc;7. Criteriul evolutiv - determină originea speciei, strămoşul de la care a provenit.Apartenenţa de specie a oricărui individ se face ţinând cont de toate aceste

criterii în ansamblu.

Populaţia - unitatea existenţială, reproductivă şi evolutivă a specieiRepartizarea indivizilor unei specii pe arealul acesteia este neuniformă din

cauza neomogenităţii condiţiilor de viaţă. De exemplu, urzica dioică preferă locurileumede, umbrite, de aceea în limitele arealului formează desişuri în jurul iazurilor,în luncile râurilor, în pădurile mixte. Coloniile de cârtiţe pot fi uşor depistate dupămovilitele de pământ de la marginea pădurilor, de pe câmpuri, păşuni. înzadarveţi căuta urzica într-o pădure de conifere şi cârtiţa pe terenuri înmlăştinite. Prinurmare, repartizarea neuniformă a speciei în spaţiu se prezintă sub formă de „cen-tre ale densităţii" ce alternează cu spaţii unde specia practic nu se întâlneşte. Aceste„centre ale densităţii" speciei sunt numite populaţii.

Populaţia reprezintă un grup de indivizi ai unei specii ce se încrucişează liberîntre ei şi există timp îndelungat pe un anumit teritoriu, relativ izolat de alte astfelde grupe. Sectorul din arealul speciei ocupat de o populaţie reprezintă habitatulacesteia. Populaţiile se formează istoriceşte în anumite condiţii ecologice.

Determinaţi după fig. 2.9 numărul de populaţii pe care le formeazăsamurul în limitele arealului speciei şi explicaţi originea lor.

Fig. 2.9. Re-partizarea po-pulaţiilor de sa-

'•îur în limiteleirealului spe-

157

Page 158: Biologie XII

Factorul principal care determină unitatea populaţiei este panmixia - încru-cişarea liberă a indivizilor unei populaţii. Probabilitatea încrucişării libere a indi-

, vizilor în limitele populaţiei este mai mare decât între indivizii populaţiilor vecine.~S Panmixia asigură schimbul liber de informaţie genetică în limitele populaţiei şi

păstrarea genofondului ei (totalitatea de gene şi genotipuri ale unei populaţii)."I\_ Caracteristica principală a genofondului unei populaţiei este frecvenţa alelelor şi"^Z genotipurilor care se calculează după legea lui Hardy-Weinberg.*w Legea Hardy-Weinberg. în 1908 doi autori, matematicianul englez V. Hardy

şi medicul german W. Weinberg, studiind independent unul de altul repartizareagenotipurilor şi fenotipurilor în populaţii, au observat următoarea legitate: înanumite condiţii, frecvenţa alelelor în populaţii nu se schimbă din generaţie îngeneraţie. Ulterior această legitate a fost ridicată la rang de lege care astăzi lepoartă numele. Legea Hardy-Weinberg se referă doar la aşa-numitele populaţiiideale, care corespund următorilor indici:

• probabilitatea egală de combinare reciprocă a diferitelor tipuri de gârneţi;• asigurarea de şanse egale indivizilor de a se încrucişa între ei;• vitalitatea şi fecunditatea egală a indivizilor cu diferite genotipuri;• efectivul speciei destul de numeros;• nesupunerea populaţiei procesului mutaţional sau acţiunii selecţiei.Pentru a demonstra această lege, trebuie să admitem că într-o populaţie, unde

are loc încrucişarea liberă a indivizilor, se întâlnesc forme homozigote dominanteşi recesive după o pereche de alele: AA - dominantă şi aa - recesivă. în conformitatecu prevederile legilor mendeliene hibrizii din prima generaţie vor fi heterozigoţi.Fiecare individ heterozigot va forma două tipuri de gârneţi în număr egal:

0,5A + 0 , 5 a = lgj H H R M m M M I 'n S e n e r aţi a a doua va avea

loc segregarea, după cum este0,5 A 0,25 AA 0,25 Aa arătat în grilajul Punnet. La0,5 a 0,25 Aa 0,25 aa analiza gametică a descenden-

ţilor din F2 obţinem segregarea:0,25 AA + 0,5 Aa + 0,25 aa = 1

Din această formulă se vede clar că frecvenţa gârneţilor cu alela dominantă Ava fi egală cu 0,5, şi anume 0,25 de la homozigotul dominant şi 0,25 de laheterozigot. Frecvenţa gârneţilor cu gena recesivă a de asemenea va fi egală cu0,5, dintre care 0,25 de la heterozigot şi 0,25 de la homozigotul recesiv. Deci, îrF2 frecvenţa alelelor a rămas aceeaşi ca şi în F^ Această legitate se păstrează şi îrgeneraţiile ulterioare.

Notând frecvenţa alelei A cu litera/», iar a alelei a cu q, obţinem următoareleraporturi dintre genotipurile descendenţilor:

1 AA : 2 Aa : 1 aa = p2A: 2pqAa : q2aAceastă expresie reprezintă formula binomului (pA + qa)2 după care poate fi I

calculată frecvenţa genotipurilor în populaţii (pA + qa)2 = p2A + 2pqAa + qa2 = \)\158

Page 159: Biologie XII

Ea şi reprezintă formula Hardy- Weinberg. După această formulă poate fi determi-nată frecvenţa genelor şi genotipurilor într-un şir de generaţii succesive din cadrulpopulaţiei.

Studiu de caz. într-o populaţie frecvenţa genei A este de 70%, iar a genei ade 30%. Să se calculeze frecvenţa genotipurilor pe parcursul generaţiilorurmătoare.

Rezolvare. Mai întâi se calculează frecvenţa genotipurilor posibile după for-mula (p + q)2 = p2 + 2pq + q2 = 1), utilizând valorile frecvenţei genelor indicate înproblemă. La o frecvenţă a genei A = 70%, frecvenţa genotipurilor AA va constitui:AA = 0,72 = 0,49 = 49%. Frecvenţa de 30% a genei a asigură o frecvenţă agenotipului aa de 0,32 = 0,09 = 9%. După aceste date calculăm frecvenţa genotipuluiheterozigot:

2Aa = 2(0,7 x 0,3) = 0,42 = 42%

Răspuns: Genotipul AA se va întâlni cu o frecvenţă de 49%; Aa = 42%, iaraa = 9%.

2. FACTORII MICROEVOLUŢIEI

întrucât evoluţia presupune modificarea genofondului populaţiei, factorii carecondiţionează dereglarea echilibrului Hardy-Weinberg şi sunt consideraţi factoriai evoluţiei (schema 2.1).

Studiaţi după schema 2.1 principalii factori ai microevoluţiei.

APARIŢIA Şl PERFECŢIO,

SCHEMA MICROEVOLUŢIEISchema 2.1

SPECIATIA

Fluxul de gene

Lupta pentru existenţă I

tProcesul mutaţional

Variabilitateacombinativă

Izolarea

Deriva genetică

Undele populaţionale 1

159

Page 160: Biologie XII

Variabilitatea combinativăAmintiţi-vă după schema 2.2 principalele tipuri de variabilitate.

DIVERSITATEA TIPURILOR DE VARIABILITATE

VARIABILITATEA

Schema 2.2

neereditară ereditară

mutaţională | combinativă

Crossing-overul, separarea independentă a cromozomilor în mitoză şi meioză,încrucişarea întâmplătoare a indivizilor generează o varietate enormă de combinaţiinoi ale genelor alele şi nealele care dereglează echilibrul genetic.

Procesul mutaţional

Amintiţi-vă după schema 2.3 principalele tipuri de mutaţii.

Schema 2.3VARIETATEA TIPURILOR DE MUTAŢII

genomice JMUTAŢII

cromozomiale genice

Sursa principală de noi alele în populaţie sunt mutaţiile genice. Observările auarătat că la unele specii 10-25% din indivizii unei generaţii poartă mutaţii. Soartaacestora depinde de caracterul lor. Cele folositoare dau posibilitate indivizilorpopulaţiei de a-şi perfecţiona adaptările deja existente sau de a-şi forma altele noila schimbarea condiţiilor de viaţă. Mutaţiile dăunătoare sunt eliminate (indiviziice poartă astfel de gene pier sau nu lasă urmaşi), adică procesul mutaţional poatefi considerat furnizorul materialului evolutiv elementar.

Fluxul de geneîntrucât populaţiile sunt sisteme deschise, nu se exclude posibilitatea de încrucişare

a reprezentanţilor diferitelor populaţii. Ca urmare în populaţii sunt aduse permanentgene din populaţiile vecine. Prin urmare, are loc un flux de gene care menţineasemănarea genofondurilor populaţiilor vecine. Calculele au arătat că completareagenofondului unei populaţii din 100 de indivizi pe contul genelor străine este de100 de ori mai mare decât în baza mutaţiilor. Ca urmare a fluxului de gene genotipurileurmaşilor se deosebesc de genotipurile părinţilor.

Undele populaţionaleEfectivul populaţiilor este supus unor oscilaţii permanente. Acestea sunt

condiţionate de influenţa factorilor de mediu (rezervele de hrană, numărul de

160

Page 161: Biologie XII

răpitori, de concurenţi, condiţiile climatice ş.a.) şi poartă un caracter periodic:creşterea numărului de indivizi este urmată de reducerea lui. Aceste oscilaţiiperiodice ale efectivului populaţiilor au fost numite unde populaţionale.Observările au arătat că undele populaţionale exercită influenţă asupra structuriigenetice a populaţiilor. O dată cu creşterea numerică a populaţiei sporeşteprobabilitatea apariţiei de mutaţii şi de combinări noi ale acestora. Dacă o mutaţieapare în medie la 100 000 de indivizi, apoi la mărirea efectivului de 10 ori numărulde mutaţii de asemenea va creşte de 10 ori. După reducerea efectivului, indiviziirămaşi se vor deosebi genetic de populaţia cândva mare: unele gene vor dispăreaîmpreună cu purtătorii lor, în timp ce concentraţia altora va creşte considerabil.La o creştere ulterioară a efectivului, genofondul populaţiei va fi altul, deoareceva creşte numărul de indivizi ce vor purta mutaţii.

r« ,i tiuiai

în populaţiile puţin numeroase există pericolul pierderii unor gene ca urmarea faptului că unii indivizi din anumite motive nu lasă urmaşi. Frecvenţa genelorîn astfel de populaţii se schimbă timp de câteva generaţii. Fenomenul schimbăriiîntâmplătoare a frecvenţei genelor din genofondul populaţiei este numit derivăgenetică. Deriva genetică este imprevizibilă şi poate duce o populaţie la pieiresau, din contra, o poate adapta şi mai bine la condiţiile de mediu.

tartareaîn funcţie de cauze se deosebesc două tipuri de izolare: spaţială şi biologică.Izolarea spaţiala este cauzată de munţi, ape, pădufi, deserturi şi alte bariere

geografice. Acest tip de izolare exercită o influenţă puternică asupra speciilorpuţin mobile (plante, melci ş.a.). Izolarea spaţială poate apărea şi în cazurile cândspecia ocupă un areal destul de vast. Din cauza distanţelor considerabile întâlnireaindivizilor diferitelor populaţii este practic imposibilă.

Izolarea biologica este generată de deosebirile dintre indivizii diferitelorpopulaţii din care cauză acestea nu se pot încrucişa. Astfel de cauze pot fi:particularităţile alcătuirii şi funcţionării organelor reproductive, necoincidenţaperioadelor de maturare sexuală etc. Importanţa evolutivă a izolării populaţiilor.onstă în faptul că ea aprofundează deosebirile genetice dintre populaţii, ceea ce

| favorizează evoluţia lor de sine stătătoare în noi specii.

Lupte pentru #«§tentăîncă Ch. Darwin, generalizând rezultatele observărilor sale efectuate în timpul

călătoriei în jurul lumii, a ajuns la concluzia că în lumea vie are loc o permanentăjluptă pentru existenţă, care reflectă relaţiile indivizilor unei populaţii între ei şi cufactorii de mediu. Se disting trei forme ale luptei pentru existenţă: intraspecifică,

pnterspecifică şi lupta cu condiţiile nefavorabile ale mediului de viaţă.Biologie, ci. a XII-a 1 61

Page 162: Biologie XII

EO

I

Explicaţi după fig. 2.10 şi 2.11 consecinţele reproducerii nelimitate şiimposibilitatea unei astfel de reproduceri în condiţii nati

Lupta intraspecifică estecea mai acută formă a lupteipentru existenţă, întrucât in-divizii aceleiaşi specii con-sumă aceeaşi hrană, popu-lează acelaşi teritoriu, au ne-voie de aceleaşi adăposturietc. La baza ei stă capacita-tea nelimitată de reproduce-re a organismelor vii şi ca-racterul limitat al resurselornaturale (/îg. 2.;0-2.ii). înaceastă luptă supravieţuiescindivizii mai adaptaţi lacondiţiile schimbătoare alemediului. Eliminarea celor

icredepuse

puiet puietulajuns în

mare

adulţiiîntorşiîn râu

Curba de su-pravieţuire a urmaşilorlostriţei.

efectivul

Fig. 2.10. Creşterea efec-tivului populaţiei de para-meci la o înmulţire nelimi-tată.

mai puţin adaptaţi se realizează prin pieirea lor fizică sau prin excluderea lor dinprocesul de reproducere (lasă puţini urmaşi, nu-i lasă în genere sau aceştia sunt sterili).

Lupta interspecifică are loc între populaţiile diferitelor specii. Această formă deconcurenţă este mai aprigă în cazul speciilor care ocupă condiţii ecologice identice şifolosesc aceleaşi surse de hrană. Lupta interspecifică se poate încheia cu eliminareauneia din speciile concurente sau cu adaptarea speciilor la condiţii diferite de viaţă înlimitele aceluiaşi areal sau cu separarea lor teritorială. Drept exemplu de luptăinterspecifică servesc relaţiile „răpitor-jertfă", „gazdă-parazit" etc.

Lupta cu condiţiile nefavorabile ale mediului apare în funcţie de condiţiile climatice(temperatură, umiditate, lumină etc.) sau pedologice care influenţează activitatea vitalăa organismelor. De exemplu, un număr enorm de plante pier anual din cauza gerurilor,secetei, vânturilor puternice. Peştii pier ca urmare a insuficienţei de oxigen în apă. îniernile geroase multe păsări îngheaţă.

Selecţia naturală

KH Amintiţi-vă după fig. 2.12 noţiunea de normă de reacţie.

Selecţia naturală presupune alegerea fenotipurilor care corespund cel mai binecondiţiilor concrete de viaţă. întrucât urmaşilor li se transmit nu caractere gata, cigene ce le determină, selecţia ca atare alege genotipurile care asigură dezvoltareaunor fenotipuri mai adaptate la condiţii concrete de viaţă. în funcţie de fenotipulfavorizat se disting trei forme ale selecţiei naturale: motrice (direcţională), stabi-

162

Page 163: Biologie XII

lizatoare şi disruptivă. Toate celetrei forme de selecţie au acelaşiscop - asigurarea supravieţuiriişi lăsării de urmaşi de către ceimai adaptaţi indivizi. Meca-nismele de realizare a scopuluisunt însă diferite.

Selecţia motrice acţionează încaz de schimbare a mediului deviaţă prin favorizarea unuia dinfenotipurile extreme {fig. 2.12).Un exemplu clasic de selecţiemotrice îl constituie melanismulindustrial. Până în 1848, cotarulmesteacănului, un fluture cre-

CM

1%

\

i:-:

',•

înălţimea plantei

norma de reacţiedezvoltarea caracterului

minimă maximă

Fig. 2.12. Manifestarea fenotipică a caracterului (înăl-ţimii) în limitele normei de reacţie în funcţie de con-diţiile mediului.

puscular, avea aripi de culori deschise, ceea ce îi permitea să rămână nevăzut întimpul zilei pe trunchiurile mestecinilor, unde dormea pe licheni. După 1848, înpopulaţia acestei specii din Manchester, raion industrial al Londrei, au fostdescoperite câteva exemplare cu aripi întunecate (fenotip extrem). în 1898 circa98% din indivizii acestei populaţii aveau aripi întunecate. Deci, fenotipul extrem,apărut în urma unor mutaţii întâmplătoare ale genei răspunzătoare de culoareaaripilor, în condiţiile mediului poluat prezenta avantaje faţă de fenotipul obişnuit.In urma poluării aerului cu SO2, lichenii au pierit, dezgolind trunchiurile care s-auacoperit cu funingine. Pe astfel de trunchiuri întunecate fluturii de culori deschiseau devenit o pradă uşoară pentru păsări. Mutanţii cu nuanţe mai întunecate alearipilor rămâneau însă nevăzuţi. Astfel, genele defavorizate până la poluareamediului, în condiţii noi de viaţă au asigurat supravieţuirea purtătorilor.

Selecţia stabilizatoare. Excluderea din populaţii a fenotipurilor extreme esterealizată de selecţia stabilizatoare. Acest tip de selecţie acţionează în condiţii relativconstante ale mediului şi asigură asemănarea indivizilor unei populaţii între ei, adicăstabilizarea ei (fig. 2.13). Drept exemplu de acţiune a selecţiei stabilizatoare poateservi cazul descris de ornitolo-gul american G. Bampas.După câteva zile de vânturiputernice şi viforniţă, ornito-logul a găsit 136 de vrăbiiîngheţate pe care le-a adus într-0 încăpere încălzită. 72 dintreele şi-au revenit, iar 64 - nu.Analizând minuţios vrăbiilepierite, el a constatat că aces-tea aveau sau aripi prea lungi,

motrice stabilizatoare disruptivă

Fig. 2.13. Varietatea formelor selecţiei naturale.

163

Page 164: Biologie XII

sau prea scurte. Prin urmare, au supravieţuit indivizii cu o lungime medie a aripilor.Existenţa şi astăzi a unor astfel de forme arhaice ca latimeria, hateria, oposomul,gimnospermul Gingo ş.a. se datorează acţiunii selecţiei stabilizatoare.

Selecţia disruptivă (fig. 2.13): acţionează asupra populaţiilor ce ocupă mediide viaţă cu un mozaic sezonier sau spaţial şi favorizează două sau mai multevalori ale caracterului, dar nu pe cea medie. Acest tip de selecţie poate fi studiatpe exemplul apariţiei a două specii de clocotiş cu înflorire timpurie şi târzie. Apariţiaacestor speciilor în cauză a fost condiţionată de cositul de la mijlocul verii. înaceste condiţii reuşeau să lase urmaşi plantele ce formau seminţe până la cosit şicele ce înfloreau după cosit. Un alt exemplu de acţiune a selecţiei disruptive esteapariţia a două specii de ştiucă. La o înmulţire în masă a ştiucii, puietul nu aveahrană îndeajuns. în astfel de condiţii au supravieţuit indivizii care creşteau repede:atingând în scurt timp dimensiuni mari, ei se hrăneau cu confraţii lor. Au fostfavorizaţi şi indivizii cu o reţinere maximă a creşterii: dimensiunile mici ale corpu-lui le permiteau să se hrănească timp îndelungat cu plancton.

în natură cele trei forme ale selecţiei naturale interacţionează în cadrul aceleiaşipopulaţii. De exemplu, în caz de condiţii diferite în cadrul aceluiaşi areal acţioneazămai întâi selecţia disruptivă, urmată de cea stabilizatoare.

Comparaţi selecţia naturală cu cea artificială şi enumeraţi asemănărileşi deosebirile.

3, REZULTATELE MICROEVOLUŢIEI

Modificările apărute în populaţii la nivel de genom duc la formarea unorfenotipuri mai adaptate şi apariţia în baza lor a speciilor noi (vezi schema 2.1).

Adaptările. Caracterul relativ al adaptărilorRezultatul principal al evoluţiei este perfecţionarea adaptării organismelor la

mediul de viaţă. Adaptarea este starea în care un organism, o populaţie se află înechilibru cu mediul său de viaţă ceea ce-i permite să supravieţuiască şi săperpetueze în mediul dat. Fără un minim de adaptare la mediu organismul nu arputea supravieţui. Evoluţia accentuează adaptarea, o diversifică, ea devenind maiadecvată pentru un anumit tip de mediu. Adaptarea organismelor la mediu esterealizată prin forme şi culori protectoare, organe speciale de apărare. Ch. Darwina adunat în timpul călătoriei pe vasul Beagle numeroase exemple care ilustreazăsporirea adaptării organismelor ca urmare a acţiunii selecţiei naturale.

Studiaţi după schema 2.4 varietatea formelor şi culorilor protectoare laanimale.

164

Page 165: Biologie XII

Schema 2.4

DIVERSITATEA FORMELOR DE ADAPTARE ALE ORGANISMELOR LA MEDIU

. •.•<•->• • - - ••••..•.- - , - v . •.•>> > - • ;V,-

Mimicria

MimetismulMimezia

Demonstraţia

• Culoarea de avertizare• Culoarea şi forma ame-

ninţătoare• Culoarea ademenitoare

Mascarea

• Culoarea criptică• Culoarea disrup-

tivă• Culoarea de ca-

muflare

MI mieriaMimetismul este adaptarea prin care unele specii mai puţin adaptate adoptă

culori şi chiar forme ale speciilor mai adaptate. De exemplu, şerpii neveninoşi dinregiunile tropicale se aseamănă la exterior cu cei veninoşi (fig. 2.14, 9-10),fluturele Dismorphia astynome se aseamănă cu fluturele veninos Heliconius eucrate(fig. 2.14, 4-5), gândacul Prosoplecta semperi se aseamănă după culoareşi forma corpului cu buburuza (fig. 2.14, 1-2), fluturele Aegeria apiformis(fig. 2.14, 7) şi musca Temnostoma vespiforme (fig. 2.14, 8) se aseamănă cuviespea (fig. 2.14, 6).

Mimezia constă în asemănarea animalelor neapărate cu obiectele din mediulambiant. De exemplu, după forma corpului şi culoare omizile unor fluturi amintescramurile; după structură şi culoare suprafaţa aripilor unor fluturi aminteşte suprafaţatulpinii arborelui uscat. Insectele ce-şi duc traiul pe scoarţa arborilor pot fi confun-date cu lichenii ce cresc aici.

Culoarea de avertizare este specifică buburuzelor, viespilor, şerpilor, unorgândaci (fig. 2.14, 3), ciupercilor otrăvitoare. Păsările ce au „gustat" o buburuzăsau o viespe memorează pentrutoată viaţa această culoare şi nu

! se mai apropie de indivizii ceo poartă.

Culoarea şi forma amenin-ţătoare deseori este însoţită de

fcoze şi sunete ameninţătoare.|De exemplu, omida unei specii

sfingide, pentru a „pune peîgă păsările", ridică partea

. „ , . . „ . „„ Fig. 2.14. Varietatea formelor de adaptare a organis-itenoara a corpului şi îşi umila melor la mediu

Page 166: Biologie XII

toracele, asemănându-se cu unşarpe (fig. 2.15, 3). Acelaşi luc-ru îl face şi şopârla Phrynoce-phalus mystaceus (fig. 2.15, 4).„Ochii" de pe aripile unor flu-turi sunt un mijloc sigur de apă-rare (jig. 2.15. 5).

Culoarea ademenitoare estecaracteristică pentru speciiledestul de mobile (păsări, fluturi),garantându-le succesul fecun-daţiei şi prevenind încrucişareadintre specii (fig. 2.15,1-2).

Fig, 2.15. Varietatea formelor de adaptare a orga-nismelor Ia mediu.

Culoarea criptică asigură animalelor asemănarea cu mediul ambiant. Animalelece trăiesc în iarbă, au, de obicei, culoarea verde a corpului (şopârlele, greierul,omizile etc.), locuitorii deserturilor - galbenă. Multe specii de animale îşi schimbăculoarea în funcţie de vârstă (puii de focă şi adulţii), anotimp (iepurii, vulpile,veveriţa), fond (caracatiţa, cameleonul, brotăcelul).

Culoarea disruptivă este caracterizată de prezenţa fâşiilor şi petelor contrastantedatorită cărora conturul animalelor nu poate fi perceput vizual. Este specificăzebrelor, bursucilor, şopârlelor, unor gândaci.

Culoarea de camuflare se bazează pe efectul de contraumbră: părţile maiiluminate ale corpului sunt colorate în nuanţe mai întunecate decât cele neiluminate.Ca urmare conturul animalului se contopeşte cu mediul. Acest tip de coloraţieeste caracteristic pentru peşti şi alte animale ce trăiesc în grosimea apei, pentruunele mamifere (căprioară, iepuri etc.).

Caracterul relativ al adaptărilor. încă Ch. Darwin remarca că orice adaptarea organismelor la mediu este relativă, ea fiind favorabilă doar în anumite condiţiiale mediului. în caz de schimbare a acestora, numeroase adaptări nu numai că nusunt folositoare, dar adesea devin şi dăunătoare. De exemplu, animalele cu blanăalbă în iernile cu puţină zăpadă sunt o pradă uşoară. La plantele acvatice este bine

liotăMulte animale au organe speciale de apărare: ace, ghimpi, carapace,

glande veninoase, glande odorifere, dinţi ascuţiţi etc. Astfel de organe deapărare au şi unele plante (urzica, cactuşii, salcâmul, trandafirul ş. a.). Planteledispun şi de un şir de adaptări ce le permit polenizarea încrucişată, răspândireaseminţelor ş.a. Toate aceste adaptări au putut apărea numai datorită selecţieinaturale, asigurând supravieţuirea speciei în anumite condiţii.

Page 167: Biologie XII

dezvoltat ţesutul aerifer care asigură o suprafaţămai mare de contact al plantei cu mediul învederea ameliorării schimbului de gaze. Lasecarea bazinului de apă aceste plante pier printreprimele. Aşadar, adaptările utile în mediul acvatics-au dovedit ineficiente î n afara accestuia. w M > f V

••..••• • B

Formarea de noi specii (speciaţia) este etapa Fig. 2.16. Schema speciaţiei: 1 -finală a microevolutiei. în desfăşurarea speciaţiei s Pf i a iniţială; 2 - formarea a două

. . . „ ' . . r „ . subspecii; 3 - doua specii noi.se disting doua etape: apariţia de adaptări lacondiţiile noi de viaţă şi formarea propriu-zisă a speciei noi în baza izolării ei despecia-mamă. în funcţie de amplasarea teritorială a noii specii se deosebesc douăcăi ale speciaţiei: allopatrică şi simpatrică.

Speciaţia allopatrică sau geografică este legată de izolarea spaţială a unorpopulaţii ale speciei iniţiale. Populaţiile care ocupă diferite sectoare ale arealuluispeciei sunt supuse diferitelor direcţii ale selecţiei naturale, determinate departicularităţile mediului de viaţă. Treptat indivizii acestor populaţii se deosebesctot mai mult de specia la care aparţin. Dacă aceste deosebiri fac imposibilăîncrucişarea cu indivizii altor populaţii ale speciei materne, populaţia izolată devineo nouă specie ifig. 2.16). Pe această cale au apărut diferite specii de plante şianimale. De exemplu, lăcrimioarele au apărut în miocen şi s-au răspândit în pădurilede foioase de pe un vast teritoriu. Glaciaţiile din cuaternar au fragmentat acestteritoriu în mai multe zone izolate în care specia a evoluat diferit, dând naştere lamai multe specii-fiice.

Speciaţia simpatrică (sau ecologica) se realizează în limitele arealului specieişi este asigurată de izolarea biologică. Drept exemplu de speciaţie simpatricăserveşte apariţia noilor specii în baza poliploidiei şi hibridizării îndepărtate. Unelespecii de cartof se deosebesc după seturile de cromozomii: 12, 24, 48, 72. Toate

I aceste specii s-au format de la specia iniţială prin multiplicarea setului decromozomi. Poliploizii, de regulă, sunt mai viabili şi mai productivi şi princoncurenţă pot substitui părinţii. Drept exemplu de speciaţie simpatrică poate servi

I formarea a două specii de clocotiş ca urmare a acţiunii selecţiei disruptive.

Amintiţi-vă şi enumeraţi câteva din cauzele izolării biologice.

Prin intermediul speciaţiei se realizează evoluţia, de aceea specia reprezintăI sistemul evoluţionist elementar, iar populaţia - unitatea elementară a evoluţiei.

4 MACROEVOLUŢIA

O dată cu formarea unor noi specii evoluţia nu se opreşte ci continuă într-un şirI lung de generaţii la nivel de macroevoluţie. Speciile, asemănătoare după mai multeI caractere esenţiale, dar izolate reproductiv, se unesc în genuri. Genurile apropiate

167

Page 168: Biologie XII

se unesc în familii, familiile în ordine, ordinele în clase, iar clasele în încrengături.Unirea speciilor în taxoni de nivel superior indică asupra strămoşului lor comunîntr-o anumită eră geologică. Tipul taxonului nou format depinde de era geologică

^ în care a avut loc separarea formelor înrudite. în sens larg, macroevolutie poate fii_ numită dezvoltarea vieţii pe Pământ în ansamblu. în desfăşurarea proceselor de

' micro- şi macroevolutie nu există deosebiri principiale, ele prezentând două faţete<^ ale aceluiaşi proces - evoluţia - şi au loc sub acţiunea aceloraşi factori evolutivi.

5, TIPURILE EVOLUŢIEI

Se disting trei tipuri de evoluţie a lumii vii: divergenţa, paralelismul şiconvergenţa.

Evoluţia divergentă se realizează la toate nivelurile de organizare ale lumii viişi se rezumă la apariţia de la un taxon-mamă (specie, gen, familie, ordin ş.a.) adouă sau mai multe taxoane-fiice. La baza acestui tip de evoluţie stă selecţiadisruptivă şi izolarea. Sub acţiunea factorilor evolutivi, la reprezentanţii aceluiaşitaxon, care nimeresc în condiţii diferite de viaţă, se formează adaptări diferite,într-un anumit moment al evoluţiei, care poate dura câteva generaţii, deosebirileacumulate vor fi atât de însemnate, încât taxonul iniţial se va separa în două saumai multe taxoane-fiice. înmulţirea de mai departe a acestora în baza selecţieinaturale, pe durata unor perioade considerabile de timp, corespunzătoare epocilor,poate duce la apariţia de noi genuri, familii, ordine şi alţi taxoni. Drept exemplu deevoluţie divergentă poate servi apariţia ordinelor de mamifere acvatice (delfini,balene), aeriene (liliecii) şi terestre. Evoluţia divergentă culminează prin apariţiaorganelor omoloage.

Amintiţi-vă noţiunea de organe omoloage şi enumeraţi câteva exemplede astfel de organe.

Paralelismul. Dacă două sau mai multe grupe de organisme, apărute ca urmarea divergenţei, ulterior evoluează în aceeaşi direcţie, vorbim de evoluţia după metodaparalelismului. Pe această cale a avut loc, probabil evoluţia a trei linii de pinipede(morsele, focile urecheate şi cele adevărate), a câtorva grupe de insecte zburătoarela care aripile anterioare s-au transformat în elitre, a unor grupe de peşti dipnoi lacare s-au dezvoltat caractere de amfibii. Din punct de vedere genetic, evoluţiaparalelă se explică prin unitatea structurii genetice a grupelor înrudite şi variabilitatealor asemănătoare.

Amintiţi-vă noţiunea de organe analoage şi exemple de astfel de organe.

Convergenţa. Evoluţia organismelor neînrudite, dar care populează acelaşi mediia avut loc în direcţia asemănării lor exterioare. De exemplu, deşi peştii şi delfinii faparte din diferite clase de vertebrate, forma corpului şi a înotătoarelor prezintă mult

168

Page 169: Biologie XII

CV

Dipus saggitaAllactaga major

\

Antechinomyslaniger Pedetes cafer

Fig. 2.17. Evoluţia convergentă a ani-malelor săritoare de pe diferite continente.

Fig. 2.18. Seminţe şi fructe răspândite cuajutorul vântului.

asemănări. Acelaşi lucru se poate spune şi despre mamiferele săritoare ce populeazădiferite continente (fig. 2.17). Seminţele şi fructele reprezentanţilor diferitelor speciirăspândite cu ajutorul vântului au o trăsătură comună - suprafaţa mare la o greutaterelativ mică (fig. 2.18). în cazul evoluţiei convergente, asemănarea dintre organismeleneînrudite este doar exterioară, deoarece modificărilor evolutive sunt supusecaracterele externe ca urmare a adaptării la condiţii identice de viaţă. De exemplu,rechinul şi delfinul se aseamănă după forma corpului, ceea ce nu se poate spunedespre structura tegumentelor, craniului, musculaturii, aparatului circulator, respi-rator ş.a. în cazul convergenţei apar organe analoage.

6 DIRECŢIILE PRINCIPALE ALE EVOLUŢIEI

Evoluţia este direcţionată spre adaptarea maximă a organismelor vii la condiţiilemediului de viaţă, datorită cărui fapt descendenţii sunt mai adaptaţi la factorii demediu decât părinţii. O atare sporire a adaptării organismelor la factorii de mediua fost numită de către A. N. Severţovprogres biologic. Criteriile progresului bio-logic sunt creşterea numerică a taxonului, răspândirea largă a reprezentanţiloracestuia şi mărirea numărului de grupe sistematice ce formează taxonul dat.Urmările progresului biologic pot fi explicate astfel: creşterea efectivului taxonuluidat contribuie la sporirea densităţii, ceea ce acutizează lupta pentru existenţă şiduce la lărgirea arealului speciei. Ca urmare a lărgirii arealului, indivizii taxonuluitrebuie să se adapteze la noile condiţii de viaţă. Are loc diferenţierea speciei,

I- adâncirea divergenţei şi mărirea numărului de taxoni-fiice.

De rând cu progresul, în natură se înregistrează şi regresul biologic. El secaracterizează prin micşorarea efectivului speciei, arealului ocupat şi număruluide taxoni-fiice. Regresul biologic se poate solda cu dispariţia speciei. Cauza

169

Page 170: Biologie XII

•^ generală a regresului constă în schimbarea rapidă a mediului de viaţă, astfel încât—1 organismele nu reuşesc să se adapteze la el. în prezent regresului biologic este~, supus tigrul usurian, ghepardul, ursul alb ş.a.

C Căile de atingere a progresului biologicArogeneza, alogeneza şi catageneza sunt cele trei căi principale de realizare a

jp progresului biologic.Arogeneza sau progresul morfofuncţional este calea de evoluţie a unui grup

de organisme în baza adaptărilor principial noi (aromorfozelor), apărute în legăturăcu cucerirea unui nou mediu de viaţă. Un exemplu clasic de arogeneza îl constituieapariţia clasei păsărilor. Strămoşii păsărilor contemporane, dinozaurii, duceau unmod de viaţă terestru. Apariţia aripilor, a inimii cu patru camere, dezvoltarea com-partimentelor creierului care coordonează mişcările în aer reprezintă modificărimorfologice, aromorfoze, care au asigurat cucerirea mediului aerian. Delimitareaa două circuite sanguine, diferenţierea şi specializarea organelor digestive prezintăexemple de aromorfoze ce au făcut posibilă evoluţia mamiferelor.

Amintiţi-vă câteva din aromorfozele plantelor care le-au asigurat</ cucerirea uscatului.

Caracterele arogenice sunt utile în cele mai diverse condiţii de viaţă. Deexemplu, prezenţa membrelor mobile dă posibilitate animalelor să se deplasezeîn cele mai diferite medii. Diferenţierea musculaturii striate, dezvoltarea membrelorlocomotoare şi a aripilor au permis insectelor să cucerească uscatul şi, parţial,aerul. Deci, aromorfozele contribuie la ridicarea nivelului de organizare, fapt ceface posibilă ocuparea de noi medii de viaţă, anterior inaccesibile.

Alogeneza prezintă calea de asigurare a progresului biologic în baza idioa-daptărilor (sau alomorfozelor). Idioadaptările sunt adaptări particulare alereprezentanţilor unui grup sistematic la condiţii strict specifice de viaţă. Spredeosebire de aromorfoze, idioadaptările asigură dezvoltarea progresivă aorganismelor, fără a le ridica nivelul de organizare morfofuncţională. De exemplu,culoarea protectoare asigură adaptarea organismelor la anumite condiţii de existenţă,fără a ridica nivelul lor de organizare. Numeroasele adaptări ale florilor la polenizareaîncrucişată cu ajutorul vântului, insectelor, adaptările seminţelor la răspândirea decătre vânt, adaptările frunzelor la micşorarea transpiraţiei prezintă exemple deidioadaptări ale plantelor. Trecerea unor grupe de animale la un anumit tip de hrană(de exemplu, colibri se hrănesc doar cu polenul plantelor tropicale, furnicarul - cufurnici) de asemenea este un exemplu de idioadaptare. în caz de alogeneza uneleorgane se dezvoltă şi se diferenţiază progresiv, în timp ce altele pierd importanţafuncţională şi se reduc.

Studiaţi cu atenţie fig. 2.19 şi numiţi idioadaptarea care a dus la apariţiaa cinci specii de cintiţe.

170

Page 171: Biologie XII

Fig. 2.19. Adaptarea cintitelor la hrănirea cu conurisituate la diferite niveluri.

Catageneza sau degenerareagenerală este o cale specifică deasigurare a progresului biologicprin simplificarea nivelului deorganizare. Degenerarea are labază trecerea organismelor la unmod de viaţă sedentar sauparazitar. De exemplu, la speciilece trăiesc în peşteri se constatăreducerea ochilor, depigmen-tarea, atrofierea muşchilor. La viermii paraziţi se simplifică organizarea aparatuluidigestiv, sistemului nervos. La plantele parazitare se reduce intensitatea fotosmtezei,suprafaţa foliară (cuscuta), dispar rădăcinile (vâscul). Simplificarea organizăm nuînseamnă dispariţia grupei date. Din contra, majoritatea speciilor parazitare se afla înstare de progres biologic.

îmbinarea căilor progresului biologicEvoluţia presupune înlocuirea legică a unei căi de evoluţie cu altele. Schimbarea

căilor de atingere a progresului biologic este caracteristică pentru toate grupele deorganisme şi este numită legea lui Severţov (fig. 2.20). Din schemă se vede clar căaromorfozele apar cu mult mai rar decât idioadaptările. Explicaţia este simplă: primeledau naştere taxonilor mari (familii, ordine, clase etc.), iar idioadaptările - taxonilorde nivel inferior (specii, genuri). Fiecare grup natural de organisme îşi începe existenţacu aromorfoze, care asigură, în special, cucerirea unui nou mediu de viaţă. In condiţiiconcrete de viaţă la reprezentanţii aceluiaşi grup se dezvoltă diferite îdioadaptan.Aşadar, în baza aceleiaşi aromorfoze pot apărea diferite idioadaptări. De exemplu,de la stegocefali, prin mijlocirea aromorfozelor au luat naştere reptilele, iar a idioa-daptărilor - trei grupe de amfibii contemporane. Tritonii, amfibii cu coadă, duc unmod de viaţă acvatic, de aceea branhiile şi coada se păstrează toată viaţa, membreleîn schimb sunt reduse. Broaştele au membre bine dezvoltate şi plămâni ce le permiteEa trăiască pe uscat. Cel de-al treilea grup de amfibii îl constituie formele apode(lipsite de membre). Prin urmare, idioadaptările au asigurat dezvoltarea a trei grupede amfibii care au cucerit uscatul şi mediul acvatic. Aceste forme ecologice s-auseparat, ceea ce a atenuat con-curenţa şi a făcut posibil prog-resul biologic al clasei în an- aromorfozesamblu. Alogeneza poate fischimbată de catageneza şiatunci progresul biologic areloc datorită regresului morfo- Fig. 2.20. Relaţiile dintre arogeneză, alogeneza ş. de-

generare,funţional.

171

Page 172: Biologie XII

- 1, Definiţi noţiunile de: microevoluţie, macroevoluţîe, specie, populaţie,Z? selecţie naturală, adaptare.

~:;"- 2. Analizaţi criteriile speciei.

T__ 3. Explicaţi caracteristicile populaţiei pentru care este valabili legea Hardy»

D_ Wtsnberg.

-^ 4. Demonstraţi printr-un exemplu legea Hardy-Weinberg.

^ 5. Enumeraţi factorii evoluţiei lumii vii.

6, Explicaţi noţiunile de:a) proces mutaţional;b) variabilitate combinativă;c) flux de gene;d) unde populaţionale;

7, Notaţi prin A - daca afirmaţiile unite prin conjuncţia deoarece sunt Juste,şl prin fî~daeă nu sunt juste.

1. Selecţia motrice duce la deplasarea valorii medii a caracterului, deoareceacţionează în caz de schimbare a condiţiilor mediului.

2. Selecţia stabilizatoare acţionează în condiţii constante ale mediului, deoareceduce la păstrarea formelor extreme.

3. Selecţia disruptivă duce la păstrarea valorii extreme a caracterului, deoarececondiţiile mediului s-au schimbat într-atât, încât indivizii cu valori medii au fostînlăturaţi.

8, Asociaţi noţiunile din coloana  eu caracteristicele din coloana B,

a. Culoare de camuflare; % _ Animalele neapărate iau forma şi culoareab - M i m e t i s m celor apărate.c. Coloraţie de avertizare 2 Animalele neapărate iau forma obiectelord. Culoare şi formă d j n .^

ameninţătoare 3 C u | o a r e a s i f o r m a ameninţătoare estee. Culoare de camuflare î n s o t j t a d e s u n e t e

4. Animale ce elimină substanţe toxice,j . Culoare criptică g _ S u n t p r e z e p t e ^ d u n g j •

6. Părţile iluminate ale corpului sunt colora-te mai întunecat decât cele neiluminate.

9, Explicaţi caracterul relativ a! adapîârlior prin exemple concrete.

10, Alcătuiţi o schemă ce ar reprezenta speclaţla:a) alopatrică; b) simpatrică.

11, Analizaţi căile de realizare a macroevoluţlel.

12, Explicaţi sehemat noţiunile:a) divergenţă; b) paralelism; c) convergenţă.

172

Page 173: Biologie XII

13, Completat) tabelul cu exemple, copiindu-l pe caiet.

PROGRESUL BIOLOGIC REGRESUL BIOLOGIC

14. Enumeraţi aromorfozele car© au avut loc:a) în evoluţia plantelor; b) în evoluţia animalelor.

15, Grupaţi noţiunile de mai jos după un criteriu comun.

1. Aromorfoze2. Idioadaptări3. Degenerare generală4. Fotosinteză5. Tenia boului6. Apariţia speciilor7. Apariţia claselor8. Apariţia plantelor cu flori

9. Colibri polenizează anumite plante10. Fecundaţia dublă la plantele cu flori11. Salvia este polenizată de bondari12. Torţelul13. Animale digitigrade14. Vâscul15. Cârtita în sol

16. Scrieţi un eseu la tema: „Factorii nocivi care duc la degradarea geno-tipului speciei umane".

17. Probleme la tema „Legea Hardy-Weinberg".1. Albinismul la secară se transmite prin ereditate drept caracter autozomal

recesiv. Din 84 000 de plante cercetate 210 erau albinoşi. Determinaţi frecvenţagenei albinismului la secară.

2. Albinismul la porumb se transmite prin ereditate drept caracter autozomalrecesiv. La unele soiuri de porumb plantele albinoşi se întâlnesc cu o frecvenţă de25:10 000. Determinaţi frecvenţa genei albinismului la aceste soiuri de porumb.

3. Pe o insulă au fost numărate 10 000 de vulpi, dintre care 9 991 erau roşcateşi albe. Culoarea roşcată o domină pe cea albă. Determinaţi procentul vulpilorroşcate homozigote, roşcate heterozigote şi al celor albe.

4. La vitele mari cornute culoarea roşcată domină incomplet culoarea albă.Hibrizii de la încrucişarea vitelor roşcate cu cele albe au culoarea sură. în regiuneaspecializată în creşterea acestei rase au fost înregistrate 4 169 de vite roşcate, 3780 sure şi 756 albe. Determinaţi frecvenţa genelor culorii roşcate şi a celei albe avitelor din această regiune.

5. Albinismul general se transmite prin ereditate drept caracter autozomal recesiv.îmbolnăvirea se întâlneşte cu o frecvenţă de 1:20 000. Calculaţi numărul de heterozigoţiîn populaţie.

173

Page 174: Biologie XII

DEZVOLTAREA VIEŢIIPE PĂMÂNT

1 ETAPELE DEZVOLTĂRII VIEŢII PE PĂMÂNT

1 ETAPELE DEZVOLTĂRII VIEŢII PE PAMANT

Amintiţi-vă principalele teorii despre apariţia vieţii şi era geologică în careau avut loc aceste evenimente.

Apariţia şi dezvoltarea vieţii este indisolubil legată de istoria planetei Pământpe care savanţii o împart în intervale mari de timp - ere. Acestea, la rândul lor.sunt divizate mperioade, perioadele - în epoci, iar epocile - în secole. Astfel, înistoria Pământului delimităm următoarele ere geologice: arhaică, proterozoică.paleozoică, mezozoică şi cainozoică. Principalele evenimente care au avut loc înfiecare din aceste ere sunt expuse în tabelul 2.1 şi fig. 2.21.

Tabelul 2.1CRONOLOGIA EVENIMENTELOR PRINCIPALE

ÎN EVOLUŢIA VIEŢII PE PĂMÂNT

EVENIMENTEL

Cainozoică, C u a t e r n a r

67 mln ani

Neogen

Lumea vegetală contempo-rană

Extinderea arealului de răs-pândire a angiospermelor,îndeosebi a formelor erboa-se; reducerea suprafeţelorocupate de gimnosperme

Lumea animală contempora-nă. Apariţia şi evoluţia omului

Apariţia semimaimuţelor şiparapitecilor. Răspândirea pelarg a insectelor şi păsărilorDispariţie unor grupe dereptile, moluşte cefalopode.

Paleogen Dezvoltarea angiospermelorerboase. Reducerea area-lului gimnospermelor

174

Continuă dispariţia reptilelormari. Dezvoltarea insectelor

Page 175: Biologie XII

Continuare C\]

Mezozoică, Cretacic165 mln. ani

Jurasic

Triasic

Paleozoică,340 mln, ani

Permian

Carbonifer

Devonian

Silurian

Ordovic

Cambrian

Proterozoică2 600 mln. ani

Apariţia şi răspândirea an-giospermelor

Dispariţia gimnospermelorarhaice. Dominarea gimno-spermelor actuale

Predomină gimnospermelearhaice şi apar gimnosper-mele actuale. Reducereabruscă a numărului de pte-ridofite

Dispariţia pădurilor carbo-nifere. Dezvoltarea gimnos-permelor şi a ferigilor cuseminţe

înflorirea pteridofitelor. Apa-riţia ferigilor cu seminţe şi aprimelor gimnosperme. Dis-pariţia psilofitelor

Răspândirea pe uscat apsilofitelor, apariţia ferigilor,ciupercilor, muşchilor

Predominarea algelor. Ieşi-rea plantelor pe uscat - apa-riţia psilofitelor

Dezvoltarea furtunoasă aalgelor

Răspândirea şi dezvoltarearapidă a tuturor filumurilor dealge

Dezvoltarea algelor verzi,apariţia algelor roşii

Apariţia mamiferelor superi-oare şi a păsărilor. Predomi-narea peştilor osoşi. Dispa-riţia unor reptile mari

Predominarea reptilelor. Apari-ţia arheopterixului. Răspândireamoluştelor cefalopode. Dispa-riţia peştilor cartilaginoşi arhaici

Predominarea amfibienilor,moluştelor cefalopode şi areptilelor răpitoare. Apariţiapeştilor osoşi şi a mamiferelormarsupiale

Predominarea nevertebrate-lor marine. Dezvoltarea rapi-dă a reptilelor şi insectelor.Dispariţia stegocefalilor şitrilobiţilor

Predominarea amfibienilor,moluştelor. Apariţia primelorreptile şi a formelor zbură-toare de insecte. Reducereanumărului de stegocefali şitrilobiţi

Apariţia peştilor crosopteri-gieni şi dipnoi. Apariţia şi dez-voltarea amfibiilor. Predomi-narea moluştelor, trilobiţiilorşicoralilor

Dezvoltarea furtunoasă a co-ralilor, trilobiţilor, moluştelor şia crustaceelor. Ieşirea prime-lor nevertebrate pe uscat(scorpioni, insecte aptere)

înflorirea nevertebratelor ma-rine

Răspândirea largă a spongie-rilor, celenteratelor, helmin-ţilor, echinodermelor şi trilobi-ţilor

Apariţia tuturor încrengătu-rilor de animale nevertebrateşi a unor cordate primare

Arhaică4 600 mln. ani

Apariţia vieţii pe Pământ sub formă de organisme pro-cariote (bacterii şi alge cianoficee) şi eucariote (organismepluricelulare primare)Formarea Pământului

175

Page 176: Biologie XII

r \ i

Jurasic

Triasic

Permian

Carboni-fer

Devonian

Silurian

Ordovic

Cambrian

Precam-brian

Fig. 2.21. Evoluţia lumii vii.

Evoluţia vieţii a decurs în conformitate cu procesele geologice şi climaticelocale şi globale. Schimbarea climei, ridicarea şi coborârea uscatului, modificareacompoziţiei chimice a atmosferei şi mediului acvatic au fost principalii factoricare au forţat organismele vii să se adapteze, să evolueze sau să piară. Să analizămîn continuare cele mai importante procese geologice şi climatice datorită cărorase schimba lumea vie.

Apariţia vieţii ţine de era arhaică, când în mediul acvatic au apărut primeleorganisme - bacteriile şi algele cianoficee. La sfârşitul acestei ere se atestă primulval al procesului de formare a munţilor, care în proterozoic s-a accentuat. înpaleozoic exista un singur continent - Pangeea - care în mezozoic a început să sescindeze. Mai întâi s-au separat Godwana şi Laurazia, apoi America de Sud -Africa. La sfârşitul cretacicului, Madagascarul s-a separat de Africa, iar India

176

Page 177: Biologie XII

continua să se deplaseze spre Nord. Antarctida se îndepărta de continentul cen- ^trai, rămânând legată de Australia. în cainozoic aceste procese au continuat: s-a =;*separat Groenlanda, iar cele două supercontinente - Laurazia şi Godwana s-au ^fărâmiţat. Inpaleogen suprafaţa uscatului a început să capete contururile actuale: ^America de Nord şi Europa s-au separat, iar America de Sud s-a transformat într-o '—insulă; India s-a alipit de Asia; Antarctida s-a acoperit cu gheaţă. Au apărut munţii CuTibet, Himalaya, Pamir, Marea Tefis s-a înnămolit şi pe locul ei s-au format mările 7 kCaspică şi Mediterană. ^

în paralel aveau loc procese de formare a munţilor şi de coborâre a uscatului.Formarea munţilor era însoţită de uscarea şi răcirea climei, iar coborârea uscatului- de umezirea şi încălzirea ei. Drept urmare formarea munţilor a favorizat evoluţiaspeciilor terestre, iar coborârea uscatului - a celor acvatice. Astfel, arahnidele şiinsectele apterigogene, animale terestre, au apărut în paleozoicul timpuriu,caracterizat prin procese intense de formare a munţilor. Stegocefalii, strămoşiiamfibiilor, şi-au făcut apariţia în a doua jumătate a paleozoicului, când uscatul afost supus coborârii.

Hotarul dintre precambrian şi paleozoic, precum şi dintre paleozoic şi mezozoicprezintă intervalele de timp cu cele mai profunde conflagraţii care au forţat tot ceeste viu să evolueze, să se adapteze la condiţii cu totul noi pentru ele. Anume înaceste intervale de timp au dispărut multe specii şi au apărut altele.

Mezozoicul, pe drept cuvânt, este numit era reptilelor. în triasic s-au redussuprafeţele bazinelor acvatice intracontinentale şi s-au lărgit cele ocupate de deşert.Ca urmare au dispărut speciile terestre viaţa cărora era legată de mediul acvatic:majoritatea amfibiilor, ferigile arborescente. Pentru reptile şi gimnosperme noilecondiţii de viaţă s-au dovedit a fi foarte favorabile. în cretacic apar şi se răspândescpe larg angiospermele. Acestea au început să formeze noi comunităţi, completatede grupele de plante apărute în urma transformărilor evolutive ale speciilor ce ausupravieţuit în noile condiţii. Comunităţile rezultate şi-au păstrat trăsăturileprincipale până în zilele noastre.

în prima jumătate aperioadei terţiare a erei cainozoice erau răspândite pe largpădurile tropicale şi subtropicale. Spre sfârşitul acestei perioade, ca urmare aschimbărilor de climă, se măresc suprafeţele ocupate de stepe. De aceea printreangiosperme predominau formele ierboase monocotiledonate care treptat aunceput să substituie formele arborescente.

Perioada cuaternară a cainozoicului continuă deja de 1,0-1,5 mln. de ani. Eala fost caracterizată de acoperirea cu gheaţă a celei mai mari părţi a Euraziei şiAmericii de Nord. în aceste condiţii vitrege au dispărut mamuţii, leneşii gigantici\i alte specii.

Bogatul material factologic acumulat până în prezent permite de a evidenţiaI particularităţile evoluţiei lumii vegetale şi animale.

i: Biologie, ci. a XII-a . __

Page 178: Biologie XII

Particularităţile evoluţiei tU• Ieşirea pe uscat, diferenţierea corpului în organe, iar a acestora în ţesuturi.• Trecerea treptată la dominarea în ciclul de dezvoltare a sporofitului asupra

gametofitului.• Trecerea de la fecundatia externă la cea internă, apariţia florii şi a fecundării

™ duble.• Apariţia polenizării încrucişate în paralel cu evoluţia insectelor.• Apariţia seminţelor bogate în substanţe nutritive şi protejate de acţiunea

factorilor nefavorabili de către tegument.• Diversificarea modurilor de răspândire a fructelor şi seminţelor.

Particularităţile evoluţiei lumii as• Dezvoltarea progresivă a formelor de viaţă pluricelulare şi, ca urmare,

specializarea ţesuturilor şi organelor.• Apariţia şi dezvoltarea aparatului locomotor, ceea ce le-a asigurat animalelor

o independenţă relativă de variaţiile factorilor de mediu.• Apariţia scheletului intern.• Dezvoltarea progresivă a sistemului nervos.Evoluţia lumii animale şi vegetale s-a soldat cu formele de viaţă existente astăzi

(fig. 2.22).

'2. Evoluţia vieţii pe Pământ până în zilele noastre.

178

Page 179: Biologie XII

jkem&*e£>

1. Enumeraţi principalele teorii ale apariţiei vieţii pe pământ.

2. Faceţi o paralelă între concepţiile teoriei materialiste şi creaţîonîste,

3. Analizaţi criteriile ce stau la baza delimitării istoriei pământului în ere,perioade, epoci,

4. Alcătuiţi un tabel c© ar îiustra erele şi aromorfozele principale suportatede plante şi animale în fiecare eră,

5. Faceţi o paralelă între evoiuţîa regnului animal şi al vegetai,

6. Alcătuiţi o schemă ce ar reprezenta evoiuţîa principalelor regnuri aleorganismelor vii actuale.

7. Asociaţi noţiunile din coioana A cu cele din coloana B.

A. Era arhaicăB. Era proterozoicăC. Era paleozoicăD. Era mezozoicăE. Era cainozoică

B1. Apariţia mamiferelor.2. Apariţia peştilor crosopterigieni.3. Apariţia ferigilor.4. Apariţia reptilelor.5. Apariţia primelor gimnosperme.6. Ieşirea plantelor pe uscat.7. Apariţia şi răspândirea angiospermelor.

8. Sistematizaţi grupele de animale conform arborelui fiiogenetic:

1) mamiferele; 2) peşti crosopterigieni; 3) artropode; 4) moluşte; 5) ceienterate;6) protozoare; 7) spongieri; 8) echinoderme; 9) amfibieni; 10) păsări; 11) acraniate;12) viermi inelaţi; 13) viermi plaţi; 14) viermi cilindrici.

9. Sistematizaţi plantele conform arborelui fiiogenetic:1) feriga de pădure; 2) vişinul; 3) molidul; 4) muşchiul-de-pământ; 5) spirogira;

6) nucul; 7) grâul.

10. Completaţi tabelul, copiindu-l mai întâi pe caiet.

APARIŢIA PRINCIPALELOR GRUPE DE ANIMALE

NR. 1D/O

a - - -

1.

2.

3.

4.

5.

GRUPULUIDE ANIMALE

Nevertebrate

Amfibii

Reptile

Marsupiale

Mamifere superioare

eR ' n ^ ' v.~;

179

Page 180: Biologie XII

ORIGINEA ŞlEVOLUŢIA OMULUI

1 TEORIILE DESPRE ORIGINEA OMULUI 2 POZIŢIA OMULUI ÎN SISTEMATICALUMII VII 3 PRINCIPALELE ETAPE ALE ANTROPOGENEZEI 4 FORŢELE MOTRICEALE ANTROPOGENEZEI 5 RASELE UMANE

1. TEORIILE DESPRE ORIGINEA OMULUI

Expuneţi propria viziune asupra originii omului în baza cunoştinţeloracumulate în cadrul cursului de biologie.

.: -HHHBHHHHIHHHHHHiHHHRB

Din cele mai vechi timpuri omul a fost preocupat de originea sa. La toate popoarelepot fi întâlnite diverse legende în care se fac încercări de a explica originea omului.Conform unora dintre ele, omul a apărut din diferite structuri materiale: din pământfertil, din apă sau din diferite obiecte. în corespundere cu postulatele biblice, omula fost creat de forţa divină dintr-o bucată de lut.

Savantul enciclopedist Aristotel, în baza unor cercetări îndelungate, a demon-strat asemănarea dintre om şi animalele superior organizate, plasând omul în regnulanimal. Argumente convingătoare în acest sens a prezentat medicul şi anatomistulroman C. Galenus. In sistemul elaborat de C. Linne, omul a fost inclus alături demaimuţele antropoide într-un gen aparte - Homo cu specia Homo sapiens. J. B. La-marck primul a afirmat că omul îşi trage obârşia de la maimuţe care au trecut lamersul pe pământ. CA. Darwin în lucrarea sa "Originea omului" (1871) susţineacă omul reprezintă ultima verigă, cea mai înalt dezvoltată, în lanţul fiinţelor vii.Strămoşi ai omului, după părerea savantului, sunt maimuţele antropoide.

Pornind de la deficienţele în explicarea exhaustivă a originii omului şi ţinândcont de pluralismul de opinii, originea şi evoluţia omului a fost fundamentată îndiferite teorii. Expunem în continuare principalele dintre ele.

Teoria biosocială, deşi admite evoluţia omului sub acţiunea factorilor biologicişi sociali, nu recunoaşte evoluţia speciei umane sub acţiunea concomitentă a acestordouă grupe de factori. Adepţii acestei teorii susţin că omul reprezintă rezultatulacţiunilor separate şi independente ale factorilor biologici şi sociali.

Teoria rasistă promovează ideea superiorităţii unei rase în detrimentul alteia.Genetica omului a arătat însă identitatea genomului diferitelor rase de oameni şiimposibilitatea evidenţierii deosebirilor între potenţialul biologic şi intelectual alreprezentanţilor diferitelor rase umane.

180

Page 181: Biologie XII

Social-darwinismul absolutizează importanţa factorilor biologici, îndeosebi aluptei pentru existenţă, în evoluţia omului.

Teoria accidentului cromozomial nu recunoaşte ritmurile evoluţiei omului şisusţine că omul ca specie biologică a apărut ca urmare a unui accident cromozomial.Ţinând cont de gradul înalt de asemănare a moleculelor de ADN ale omului cucele ale cimpanzeului (deosebirile în consecutivitatea polinucleotidelor molecu-lelor de ADN ale acestor specii nu depăşesc 1%), adepţii acestei teorii considerăcă omul a evoluat de la cimpanzeu în urma reducerii numărului de cromozomi dela 48 la 46.

Teoria fatalizării are la bază ideea că omul reprezintă doar o fază în evoluţiamaimuţelor. Pornind de la constatarea că fătul omului este mult mai neputinciosdecât al maimuţei, se consideră că pe parcursul evoluţiei ulterioare omul va devenio maimuţă adevărată.

Teoria gigantismului mintal, pornind de la decalajul înregistrat între ritmurileevoluţiei intelectuale şi biologice ale omului, susţine că evoluţia omului va avealoc în direcţia sporirii volumului şi masei craniului în defavoarea dezvoltării altorpărţi ale corpului. Astfel se consideră că evoluţia va fi direcţionată de la Homosapiens sapiens spre Homo sapientissimus.

Eugenia, ţinând cont de persistenţa unor aberaţii în dezvoltarea omului şitendinţa permanentă de perfecţionare a potenţialului său biologic şi intelectual,fundamentează necesitatea aplicării diferitelor metode de ameliorare (inclusiv şia celor forţate) a calităţilor ereditare ale populaţiei umane.

2, POZIŢIA OMULUI ÎN SISTEMATICA LUMII VII

Poziţia omului în sistematica lumii vii se prezintă astfel:Imperiul — Organisme celulareSupraregnul - Eucariota (organisme eucariote)Regnul - Animaţia (animale)Subregnul - Metazoa (animale pluricelulare)încrengătura - Vertebrata (vertebratele)Subîncrengătura - Tetrapoda (tetrapodele)Supraclasa - Amniota (animale cu anexe embrionare)Clasa - Mammalia (mamiferele)Subclasa - Eutheria (mamifere placentare)Ordinul - Primates (primatele)Subordinul - Anthropoidea (antropoidele)Secţia - Catharina (maimuţe cu sept nazal îngust)Suprafamilia - Antrhopomorphidae (maimuţe antropoide)Familia - HominidaeGenul -HomoSpecia - Homo sapiens (omul înţelept)

181

Page 182: Biologie XII

Apartenenţa omului la încrengătura vertebratelor este determinată de înlocuirea,pe măsura dezvoltării embrionului, a coardei cu coloana vertebrală, prezenţa cutieicraniene, a aparatului mandibular, a două perechi de membre, amplasarea inimiipe partea ventrală, delimitarea în alcătuirea creierului a cinci compartimente.

Părul de pe corp, glandele sudoripare, sebacee şi mamare, diafragmul, inimacu patru camere, conturarea a cinci regiuni în alcătuirea coloanei vertebrale, gradulînalt de dezvoltare a scoarţei cerebrale confirmă poziţia omului în clasa mami-ferelor. Dezvoltarea fătului în corpul mamei şi alimentarea lui prin mijlocireaplacentei sunt o dovadă incontestabilă a faptului că specia Homo sapiens faceparte din subclasa eutheria (placentarele).

Membrele anterioare de tip apucător (primul deget este opus celorlalte),dezvoltarea claviculei, unghiilor, înlocuirea dinţilor de lapte, naşterea, de regulă,a unui singur copil permit de a plasa omul la ordinul Primatelor. Un şir de caractere,printre care emisferele cerebrale bine dezvoltate, numărul mare de circumvoluţiunipe scoarţa cerebrală, prezenţa apendicelui, dispariţia regiunii caudale a coloaneivertebrale, dezvoltarea musculaturii mimice, prezenţa a patru grupe de sânge,factorului rezus apropie omul de maimuţele Antropoide. Antropoidele de asemeneasuferă de multe boli infecţioase, specifice omului (tuberculoza, tifosul abdominal,dizenteria, SIDA ş.a.).

Observaţi şi enumeraţi după fig. 2.23 asemănările şi deosebirile dintreom şi cimpanzeu.

(gaura occipitalălocul de inserţie

al muşchilor bărbiecefei

frunte

proieminenţasupraorbitală

centru de jOM greutate_

maxilarulsuperior

CIMPANZEU

centru degreutate

I bazin

r-rt. picior!\ R SI

\ '- ./' mână , \

Fig. 2.23. Corpararea scheltului omuluicel al cimparzeului.

182

Page 183: Biologie XII

în acelaşi timp omul se deosebeşte esenţial de celelalte animale, inclusiv demaimuţele antropoide. Este vorba, în primul rând, de poziţia verticală a corpului —"şi consecinţele acesteia: cele patru curburi ale coloanei vertebrale, bolta plantară,cutia toracică plată. Regiunea cerebrală a craniului predomină asupra celei faciale.Suprafaţa scoarţei cerebrale alcătuieşte în medie 1250 cm2, iar volumul creierului ^Z1000-1800 cm3, ceea ce depăşeşte parametrii corespunzători ai maimuţelor C\_antropoide. Omului îi este caracteristică conştiinţa şi gândirea, care stau la baza c -activităţii sale de muncă, şi vorbirea. ~-

3 PRINCIPALELE ETAPE ALE ANTROPOGENEZEI

în prezent au fost descoperite şi studiate un număr impunător de resturi fosileale maimuţelor antropoide şi ale oamenilor străvechi. Aceasta a dat posibilitatede a reconstrui mai deplin şi mai veridic evoluţia omului.

Strămoşul comun al omului, cimpanzeului, gorilei şi orangutanului au fostdriopitecii - maimuţe antropoide care au apărut acum 17-18 mln de ani şi de 8mln. sunt dispărute. Aceste maimuţe populau pădurile tropicale, care pe atunciocupau suprafeţe enorme în Africa, Asia şi Europa. Se hrăneau cu fructe,deplasându-se pe copaci prin agăţarea de ramuri cu mâinile. Acest mod de deplasarea dus la dezvoltarea puternică a membrelor anterioare, cele posterioare servinddoar pentru sprijin, şi la deosebirile în structura lor. Ducând un mod de viaţăarboricol, driopitecii se apărau pasiv de duşmani, ascunzându-se printre ramuri.

Amintiţi-vă schimbările care au avut loc în relieful uscatului şi ale climeiîn paleogen (a se vedea p. 180)

Ca urmare a schimbărilor intervenite în repartizarea uscatului, drumul dintreAsia, Africa şi Europa a devenit accesibil pentru animalele terestre. Din cauzarăcirii climei, pădurile tropicale din emisfera nordică au cedat locul arborilor cufrunza căzătoare şi coniferelor. Pe măsura îndepărtării spre sud clima devenea totmai uscată, suprafeţele ocupate de pădurile tropicale se reduceau, iar cele acaparatede savane, stepe şi deserturi creşteau.

în Africa clima a devenit mai uscată, iar delimitarea celor două anotimpuri(ploios şi secetos) - mai pronunţată. Pădurile tropicale cedau locul savanelor.Anual în perioada nefavorabilă a anului se micşora cantitatea de frunze şi fructe.Neavând la dispoziţie anul împrejur hrana obişnuită, drioptecii trebuiau să aleagăîntre deplasarea spre sud, unde se retrăgeau pădurile tropicale, sau rămânerea peloc şi schimbarea raţiei alimentare (trecerea de la alimentarea cu frunze şi fructela o hrană mai grosieră - rădăcini, scoarţă, seminţe de graminee), adaptarea la frig(mărirea dimensiunilor corpului, trecerea de la viaţa crepusculară şi nocturnă lacea diurnă, naşterea de pui vii).

Ca urmare, acum circa 15 mln de ani, driopitecii s-au separat în două ramuri183

Page 184: Biologie XII

Fig. 2.24.Australopite-cii.

care ulterior au dus la apariţia a două familii: pongide sau maimuţe antropoide(gorila, urangutanul, cimpanzeul) şi hominide, de la care provine omul. Pongideleau preferat pădurile, rămânând la modul de viaţă arboricol. Hominidele însă auînceput să cucerească spaţiile deschise. Anume unele din aceste populaţii au şidat naştere strămoşilor omului - australopitecilor (fig. 2.24). Australopiteciiprezintă un grup de hominide astăzi dispărut care trăiau în turme, practicau vânatulşi culesul fructelor şi foloseau în calitate de unelte de muncă pietre, beţe, oase.Structura dinţilor demonstrează că erau omnivori. Cântăreau 20-50 kg, aveau oînălţime de 120-150 cm şi un volum al craniului de 60 cm3. Mergeau pe membreleposterioare, iar cu ajutorul celor anterioare prindeau animale, aruncau pietre etc.

Acum 2-3 mln de ani australopitecii au dat naştere unei ramuri mai progresive- Homo erectus habilis (omul îndemânatic). Spre deosebire de australopiteci,aceştia puteau confecţiona cele mai primitive unelte de muncă din pietriş. Atingeauo înălţime de 150 cm şi aveau volumul creierului cu 100 cm3 mai mare. Dinţii seasemănau cu ai omului contemporan, falangele degetelor erau aplatizate, primuldeget al tălpii era orientat ca şi celelalte. Deşi morfologic Homo erectus habilisnu se deosebea considerabil de australopiteci, el reprezintă hotarul ce delimiteazămaimuţele antropoide de oamenii străvechi. Evoluţia de mai departe a primeloroameni s-a desfăşurat în trei etape: oamenii străvechi, oamenii fosili şi oameniicontemporani.

Oamenii străvechi (arheantropii). Până în prezent au fost descoperite câtevarămăşiţe ale oamenilor străvechi - pitecantropii şi sinantropii. Rămăşiţe alepitecantropilor (oamenii-maimuţe) au fost găsite pe insula Java (Indonezia) în1891, iar a sinantropilor într-o peşteră din apropierea Beijingului. întrucât sedeplasau pe membrele posterioare, atât pitecantropii, cât şi sinantropii suntconsideraţi reprezentanţi ai speciei Homo erectus (fig. 2.25). Pentru oameniistrăvechi era caracteristică confecţionarea uneltelor de muncă, descoperirea şimânuirea focului, o sursă suplimentară de energie termică. Volumul creierului decirca 700-1200 cm3 permitea o vorbire primitivă. Bărbaţii puteau atinge o înălţimede circa 160 cm şi mai mult. Fruntea era teşită, proeminenţa supraorbitală binedezvoltată, mandibulele masive. Toate aceste caractere deosebesc considerabilarheantropii de oamenii contemporani.

184

Page 185: Biologie XII

Oameniistrăvechi.

Oamenii fosili (paleantropii). Din acest grup face parte omul de Neanderthal.Rămăşiţele acestuia au fost găsite pentru prima dată în lunca râului Neanderthaldin Germania în 1856. Pentru neandertalieni este caracteristică statura mică(155-165 cm), fruntea joasă teşită, proeminenţa supraorbitală exprimată, lobulfrontal bine dezvoltat, volumul creierului având circa 1400 cm3. Particularităţilemandibulei arată că ei posedau vorbirea elementară. Erau răspândiţi pe larg înEuropa, Africa şi Asia. întrucât au vieţuit în epoca glacială, se adăposteau înpeşteri în grupuri a câte 50-100 de indivizi. Confecţionau diferite unelte din piatră,se îmbrăcau în piei, utilizau focul la prepararea hranei. Perfecţionarea de maideparte a relaţiilor colective, dezvoltarea intelectului au dus unele grupe deneandertalieni la formarea unei noi specii - Homo sapiens (fig. 2.26).

Oamenii contemporani (neoantropii). Primii oameni contemporani au apărutacum 50^0 mii de ani. Un timp oarecare paleantropii şi neoantropii au convieţuit.Ulterior neandertalienii au fost eliminaţi de oamenii contemporani - cromagnionii.Rămăşiţele primilor oameni contemporani au fost găsite în peştera Cro-Magnondin Franţa. Uneltele de muncă ale primilor oameni contemporani erau mai variateşi mai avansate decât ale celor fosili, fiind confecţionate nu numai din piatră, darşi din oase, coarne. In peşterile populate de cromagnioni au fost găsite urme aleartei murale, precum şi figurine de animale confecţionate din piatră sau os.Cromagnionii aveau înălţimea de până la 180 cm, fruntea înaltă dreaptă, volumulcraniului de 1600 cm3, proeminenţa supraorbitală lipsea. Vorbirea articulată erabine dezvoltată. Trăiau în adăposturi construite de ei şi în peşteri, începuse să

.. .v'/ , ,,

Fig. 2.26.Oameniicontemporani.

185

Page 186: Biologie XII

CV j Fig. 2.27. Răs-pândirea mo-nocentristă aomului.

îmblânzească primele animale şi să lucreze pământul. în evoluţia cromagnionilorrolul central l-au jucat factorii sociali: educaţia, instruirea, transmiterea experienţei,

întru explicarea căilor şi modului de răspândire a omului au fost elaboratedouă concepţii: monocentristă şi policentristă. Conform concepţiei monocentriste,omul a apărut într-o singură regiune geografică, în Africa Centrală, de unde s-arăspândit mai întâi în Asia. Concepţia policentristă susţine că omenirea a apărutîn diferite regiuni geografice ale Terrei. Studiul ADN-ului mitocondrial, precumşi utilizarea metodelor contemporane de studiere a genomului au confirmat origineaafricană, monocentristă, a omului modern {fig. 2.27).

FORŢELE MOTRICE ALE ANTROPOGENEZEI

Amintiţi-vă principalii factori ai evoluţiei cu aplicaţie la evoluţia omului.

Evoluţia omului a avut loc sub acţiunea aceloraşi factori ai evoluţiei ca şi acelorlalte specii ale lumii vii. însă evoluţia omului a fost însoţită şi de acţiunea Ifactorilor sociali: munca, modul social de viaţă, vorbirea, gândirea şi cultura. La Ietapele timpurii ale evoluţiei omului predominau factorii biologici ai evoluţiei:procesul mutaţional, undele populaţionale, izolarea şi selecţia naturală. Rolulhotărâtor 1-a avut selecţia indivizilor cel mai bine adaptaţi la condiţii concrete de Iviaţă, capabili să confecţioneze unelte primitive ce le permiteau să se apere de Iduşmani şi să-şi dobândească hrana. La stadiul de australopiteci selecţia se făcea jdupă modul colectiv de viaţă: supravieţuiau grupele de indivizi care împreunafăceau faţă condiţiilor nefavorabile ale mediului. Selecţia individuală a asiguratconturarea particularităţilor morfofiziologice ale omului (mersul biped, dezvoltareamâinii, creşterea dimensiunilor creierului), iar cea de grup - perfecţionarea moduluisocial de viaţă.

186

Page 187: Biologie XII

Factorii biologici au pregătitterenul pentru acţiunea fac-torilor sociali, principalii din-tre care sunt expuşi în conti-nuare.

- munca sau capacitatea dea produce unelte de muncă,reprezintă o deosebire dintreom şi animale care asigură per-fecţionarea continuă a acestuia.Spre deosebire de om, anima-lele, chiar şi cu cel mai înaltnivel de organizare, pot doar săfolosească diferite obiecte încalitate de unelte de muncă, darnu sunt în stare să le confec-ţioneze şi să le perfecţioneze.Munca, în calitate de acţiuneconştientă a omului, a avut oinfluenţă extrem de beneficăasupra lui;

15

Fig. 2.28. Unelte de muncă confecţionate de stră-moşii omului contemporan: de Homo habilis şi Homoerectuis: 1-3; de Homo sapiens: 4-24.

Comparaţi după fig. 2.28 uneltele de muncă confecţionate de diferiţistrămoşi ai omului contemporan.

- organizarea socială i-a asigurat omului posibilitatea de a supravieţui încondiţiile schimbătoare ale mediului. Pe fundalul organizării sociale destul decomplexe a primatelor şi a strămoşilor direcţi ai omului, munca a reunit şi maistrâns membrii comunităţii. în condiţiile înteţirii luptei pentru existenţă, strămoşiiomului organizaţi în comunităţi sociale mai uşor se apărau de duşmani;

- vorbirea - limbajul articulat - a fost şi rămâne pârghia care asigură comuni-carea între membrii comunităţii şi schimbul de experienţă dintre reprezentanţiidiferitelor generaţii şi indivizi. Datorită activităţii colective a membrilor comuni-tăţii a apărut necesitatea transmiterii informaţiei prin gesturi şi sunete. Aceasta adeterminat şi dezvoltarea progresivă a vorbirii articulate. Se consideră că primelecuvinte erau legate de operaţiile de muncă. Mai târziu ele au început să indicedenumirile obiectelor. Omul, asemenea animalelor, recepţionează semnalele dinlumea înconjurătoare graţie funcţionării primului sistem de semnalizare. La om,spre deosebire de animale, datorită dezvoltării accentuate a sistemului nervoscentral s-a format sistemul de recepţionare a semnalelor şi prin cuvinte - cel de-aldoilea sistem de semnalizare. Anume cuvântul şi vorbirea au asigurat dezvoltareagândirii abstracte;

187

Page 188: Biologie XII

- gândirea reprezintă rezultatul evoluţiei îndelungate îndreptate la reflectarea—-1 materiei în organele de simţ. Gândirea reprezintă formă superioară de reflectare—-, în sistemul nervos uman a realităţii înconjurătoare. Dezvoltarea encefalului, gândirii"•> şi conştiinţei au favorizat perfecţionarea muncii şi a vorbirii, care, la rândul lor,— au stimulat trecerea de la comunitatea animală la cea umană.

Putem afirma cu certitudine că omul este o fiinţă biosocială. Dacă anterior<C ritmurile evoluţiei biologice erau foarte impresionante, astăzi ea s-a stabilizat ca<_ urmare a faptului că evoluţia fizică a omului pare a fi încheiată. Nu putem spune

acelaşi lucru despre evoluţia socială, economică şi culturală a omului. Omul cafiinţă biosocială mai rămâne dominat de procesele fiziologice, îndeosebi deinstinctele biologice şi emoţiile sexuale. în această competiţie îndelungată şi delocuşoară omul poate miza pe superioritatea inteligenţei sale în comparaţie cu alţireprezentanţi ai regnului animal.

5. RASELE UMANE

Deşi reprezentanţii speciei umane ce populează diferite regiuni geografice sedeosebesc după unele caractere de importanţă secundară, este evident că planetaPământ este populată de o singură specie de oameni. Homo sapiens sapiens este ospecie politipică, alcătuită dintr-un şir de tipuri secundare, care formează raseleumane. Ele sunt răspândite pe teritorii geografice mai mult sau mai puţin distincte,fără a lua în considerare efectele migraţiei. Deşi au fost înaintate şi promovatediferite variante ale noţiunii de rasă, conform antropologiei clasice rasa reprezintăun grup natural de oameni care manifestă un ansamblu de caractere fizice ereditarecomune, indiferent de limba, comportamentul şi naţionalitatea lor. Actualmentesunt delimitate trei rase mari, în cadrul cărora se deosebesc un şir de rase maimici. Schimbul liber de indivizi în zonele de contact ale raselor mari a generat unşir de rase mixte cu gene amestecate de la două sau mai multe rase. Deosebireadintre reprezentanţii diferitelor rase se manifestă prin particularităţi morfologice,cum sunt, bunăoară, culoarea pielii, părului, ochilor, forma nasului, buzelor ş. a.Aceste deosebiri s-au format şi păstrat în anumite condiţii ale mediului înconjurător.

Observaţi şi enumeraţi după fig. 2.29 deosebirile dintre reprezentanţiicelor trei rase umane.

HHHHHCele trei rase mari prezintă următoarele trăsături distinctive (fig. 2.29):1. Rasa europeoidă, sau leucodermă. Reprezentanţii acestei rase au pielea de

culoare deschisă, părul drept sau ondulat de culoare deschisă sau închisă, nasuldrept şi proeminent, cu sept nazal înalt. Cuta pleoapei superioare este putem udezvoltată. Buzele au grosime medie, barba este proeminentă. Din această rasăfac parte populaţia băştinaşă a Europei, Asiei de Sud şi Africii de Nord.

2. Rasa mongoloidă, sau xantodermă, se caracterizează prin piele de culoaregalbenă până la brun, păr drept şi rigid, barbă şi mustaţă slab dezvoltate, nas turtit

188

Page 189: Biologie XII

Fig. 2.29. Reprezentaţii celor trei mari rase.

şi puţin proeminent. Reprezentanţii acestei rase alcătuiesc populaţia băştinaşă aAsiei Centrale şi de Vest, Indoneziei şi Siberiei. în America ea a pătruns prinstrâmtoarea Bering la sfârşitul epocii glaciare.

3. Rasa negroidă, sau melanodermă, se caracterizează prin piele de culoareneagră, părul creţ sau lânos, faţa puţin păroasă, nas turtit şi larg, buze groase şiochi de culoare întunecată. Din această rasă sunt constituite popoarele băştinaşeale Africii şi Australiei.

Viitorul îndepărtat al raselor umane este determinat de procesele care predominăîn cadrul speciei umane. Una din condiţiile principale ale formării raselor, izolareageografică, şi astăzi persistă în multe regiuni ale globului. Mai mult, procesul demetizare continuă, îndeosebi la hotarele arealelor raselor. în unele regiuni, deexemplu în America de Nord şi America de Sud, acest proces devine foarte intens.Deşi amestecarea raselor este stăvilită de piedici cu caracter moral şi social,procesul de metizare continuă. Caracterul ofensiv al metizării stă la baza formăriiraselor mixte şi în viitorul puţin mai îndepărtat se va putea vorbi de populaţiihibride din cadrul speciei umane.

Particularităţile de rasă sunt ereditare şi în trecut o bună parte din ele aveau uncaracter adaptativ. De exemplu, pielea întunecată a negroizilor îi apără de razeledogoritoare ale Soarelui, părul cârlionţat protejează pielea capului de supraîncălzire.Nasul lat şi buzele groase cu o suprafaţă mare a mucoaselor asigură o evaporarerapidă a apei, favorizând astfel răcirea corpului. Pielea albă a europenilor estepermeabilă pentru razele ultraviolete, asigurând formarea vitaminei D care previnedezvoltarea rahitismului. Nasul îngust contribuie la încălzirea aerului inspirat.

Unitatea biologică a raselor umane este confirmată de:* Lipsa izolării genetice şi posibilităţile nelimitate de încrucişare cu formarea

de indivizi fecunzi;• Echivalenţa raselor din punct de vedere biologic şi psihologic cu aflarea lor

la acelaşi nivel de dezvoltare evoluţionistă;* Prezenţa raselor de trecere între rasele mari care întrunesc semnele celor

două rase vecine;• Prezenţa desenului sub formă de arcuri pe degetul al doilea, caracterul identic

de amplasare a părului pe cap.

189

Page 190: Biologie XII

rr^ 1, Descrieţi concepţiile lui Aristotel, Lamarck, Darwin despre originea omului.

—1 2. Explicaţi esenţa principalilor teorii cu privire la originea omului;

w' a) biosocială; b) rasistă; c) social-darwinismul.

~ 3. Analizaţi poziţia omului în sistematica lumii vii.<Z 4. Enumeraţi criteriile după care omul este clasat în:O a) încrengătura vertebrate;

b) clasa mamiferelor;c) subclasa mamifere placentare.

5. Reprezentaţi sub formă de tabel asemănările şi deosebirile dintre om

şî maîmuiţeie antropoide,

6. Analizaţi cauzele despărţirii driopitecilorln 2 ramuri.

7. Descrieţi modul deviată şî aspectul morfofizioiogic ai australopitecilor,

8. Comparaţi modul de viaţă şi aspectul morfofizioiogic al austraîopitecîforşî Homo erectus habiiîs,

9. Descrieţi modul de viaţă şi aspectul morfofizioiogic al oamenilor:

a) străvechi; b) fosili; c) neoandertalieni.

10. Analizaţi concepţia monocentrică şi policentrică a apariţiei omului.

11. Alcătuiţi arborele antropogenezei.

12. Descrieţi factorii climatici care au contribuit fa apariţia raselor.

13. Analizaţi corelaţia aspectului morfologic al raselor cu factorii climatici.

14. Expuneţi şi argumentaţi concepţia proprie despre evoluţia omului.

15. Scrieţi un eseu la tema „Rasele umane sunt egale" după algoritmul:a) originea comună a raselor umane;b) factorii climatici ai apariţiei raselor;c) argumente ce ar combate lupta rasială.

18. Alegeţi răspunsurile corecte.1. Homo sapiens:

a) strămoşul direct al omului de astăzi;b) creatorul pietrei cioplite;c) avea o capacitate craniană de 1000-1250 cm;d) urmele lui au fost găsite pe insula Java.

2. Rasele umane:a) sunt unităţi stabile genetic;b) se găsesc într-o continuă transformare genetică;c) există şi rase umane pure;d) gena culorii albastre a ochilor este prezentă la toate rasele.

Page 191: Biologie XII

V

Ecologia. Obiectul de studiu şiimportanţa

Ecologia organismelor

.1 Ecologia populaţiilor

Ecologia ecosistemelor

\ Bazele învăţăturii despre biosferă

r

1

Page 192: Biologie XII

ECOLOGIA. OBIECTUL DESTUDIU Şl IMPORTANŢA

• ; ; ; ' • • ; ; • • • : : ; • • • ; ; • •' • " - f " ^ r l V " •' ; - , ' ; . - • ' ' : • • •.-••••/••:

1 OBIECTUL DE STUDIU AL ECOLOGIEI 2 ECOLOGIA - BAZA ŞTIINŢIFICĂ AFOLOSIRII NATURII

1. OBIECTUL DE STUDIU AL ECOLOGIEI

Ecologia (de la gr. "oicos" - casă şi "logos" - ştiinţă) este o ştiinţă relativ tânărăcare studiază relaţiile stabilite istoric dintre organisme şi mediul lor de viaţă. Termenulde ecologie a fost propus de zoologul german E. Haeckel în a. 1869. Ca ştiinţăecologia s-a conturat abia pe la mijlocul sec. al XIX-lea, când s-au acumulat suficientedate despre varietatea lumii vii, despre particularităţile mediului de viaţă a fiecăruiadintre ele. Atunci a devenit clar că nu doar alcătuirea şi dezvoltarea organismelor,dar şi relaţiile lor cu mediul de viaţă sunt supuse anumitor legităţi. Anume acesteaau şi devenit obiectul de studiu al ecologiei. Astăzi ecologia prezintă un sistemramificat de ştiinţe dintre care distingem ecologia generală, care studiază legităţilerelaţiilor cu mediul specifice tuturor grupelor de organisme şi direcţiile particularece se referă la grupe concrete de organisme {ecologia microorganismelor, insectelor,peştilor, păsărilor, mamiferelor, plantelor etc.). Pornind de la faptul că pentru naturavie sunt caracteristice diferite niveluri de organizare ale structurilor sale {fig. 3.1).studiile ecologice generale se diferenţiază după nivelul de organizare al lumii viipe care îl abordează. Ca urmare ecologia generală se subîmparte în ecologiaorganismelor (autecologia), ecologia populaţiilor (demecologia) şi ecologiabiocenozelor (sinecologia).

Schema 3.1NIVELURILE DE ORGANIZARE ALE LUMII VII

moleculă celulă ţesutşi organe

organism §__». populaţie |«-#> biocenoză |—#• biosferă

Stabiliţi după schema 3.1 care din nivelurile de organizare ale lumii viisunt obiectul de studiu al ecologiei.

192

Page 193: Biologie XII

integrarea microsistemelor şi macrosistemelor

reunirea de ierarhii speciale cu

ierarhii specifice

populapie de celule(organisme unicelulare)

organismpluricelular

celulă şiorganism

' pluricelular

cromozomi

sistem molecular

regn (autotrofe şi heterotrofe)

(lumea vie, înveliş superficial al pământului)

Fig. 3.1. Ierarhia lumii vii.

-rocă moleculăt

atom

particulă elementară

Ecologia organismelor se ocupă de relaţiile indivizilor unei sau altei specii cucondiţiile de mediu şi cu reprezentanţii speciei sale sau ai altor specii, precum şiadaptarea lor la factorii ecologici.

Ecologia populaţiilor studiază relaţiile cu factorii de mediu ale populaţiilorunor specii, structura şi legităţile dinamicii lor.

Ecologia biocenozelor abordează comunităţile de plante, animale şi micro-organisme în relaţiile dintre ele şi cu mediul anorganic.

2. ECOLOGIA - BAZA ŞTIINŢIFICĂ A FOLOSIRII NATURII

Omul există pe contul naturii, de aceea utilizarea raţională a resurselor eiconstituie chezăşia bunăstării sale. Până la definitivarea ecologiei ca ştiinţă,intervenţia omului în natură se făcea fără a se ţine cont de urmările posibile aleacţiunilor întreprinse. Eşecurile înregistrate au atenţionat asupra faptului că doarcunoaşterea legilor naturii şi respectarea lor poate exclude dezechilibrul în natură.De exemplu, în trecutul nu prea îndepărtat, desecarea mlaştinilor se făcea pe scarălargă cu scopul măririi suprafeţelor arabile. Cercetările ştiinţifice au arătat însă căregiunile înmlăştinite sunt sursa principală de metan în atmosferă. Metanul faceparte din aşa-numitele gaze "de seră" care menţin o parte din radiaţia termică a13 Biologie, ci. a XII-a 1 Q1

Page 194: Biologie XII

Pământului în spaţiul cosmic. Reducerea bruscă a conţinutului de metan înatmosferă poate duce la răcirea globală a climei, chiar şi la instalarea unei noiperioade glaciale.

Estimarea resurselor naturale pe scară mondială a arătat cât de important estefaptul ca activitatea şi necesităţile omului să fie puse în concordanţă cu posibilităţilebiosferei. De aceea scopurile cercetărilor fundamentale în domeniul ecologiei suntdeterminate de problemele economiei naţionale: intensificarea producţiei agricoleşi sporirea eficacităţii economice a utilizării resurselor naturale fără a cauzaprejudicii mediului ambiant.

Ax Studiaţi cu atenţie schema 3.2 şi argumentaţi necesitatea protecţieiN/' naturii vn.

VARIETATEA RESURSELOR

epuizabile

irecuperabile

bogăţiilesubpămân-

tene

recuperabile

solul,plantele,

animalele,unele resurse

mineralemrmrnmemman-i

—cosmice

radiaţiasolară,fluxul

şi refluxul

— —

NATURALE

neepuizabile

climatice

aerul,energiavântului

Schema 3.2

i

^ ^

acvatice

apeleoceanuluiplanetar

Ecologia contemporană a scos în evidenţă una din cele mai grave erori aleomenirii, entuziasmată de succesele obţinute de ştiinţă şi tehnică. Mult timp seconsidera că omul este un rege al naturii care are menirea de a o cuceri, supunând-ointereselor sale. Mersul istoriei a arătat însă că această cale este o linie moartă înevoluţia omenirii. Ea nu numai că a dus şi duce la creşterea numărului de catastrofeecologice, dar şi periclitează existenţa omului pe Pământ, întrucât submineazăstabilitatea biosferei în ansamblu. Legile ecologiei avertizează omenirea că estenecesar să-şi schimbe radical atitudinea faţă de natură, să pună în prim-plan nucucerirea ei, ci colaborarea cu ea, atitudinea grijulie faţă de tot ce este viu. Toauformele de activitate trebuie astfel reorganizate, încât să vindece "rănile" provocauşi să prevină producerea altora. Aceasta este unica cale de asigurare a existenţeide mai departe a omului pe Pământ şi de prosperare a civilizaţiei umane. De aceeaastăzi capătă o importanţă deosebită cunoştinţele ecologice ale fiecărui cetăţean,în orice domeniu de activitate.

194

Page 195: Biologie XII

1. Definiţi noţiunea de ecologie,

2. Descrieţi pe scurt Istoricul dezvoltării ecologiei ca ştiinţă.

3. Enumeraţi subdiviziunile ecologiei:

a) în funcţie de grupe concrete de organizare;

b) în funcţie de nivelurile de organizare ale lumii vii.

4. Deduceţi sarcinile ecologiei

a) teoretice,

b) practice.

5. Indicaţi câte 3 exemple de activităţi ale omului în regiunea voastră careau avut impact pozitiv şi negativ asupra (mediului înconjurător).

6. Alcătuiţi un eseu „Ecologia - baza ştiinţifică a folosirii naturii".

7. Alcătuiţi un poster ecologic ce ar servi ca un avertisemt împotriva poluăriimediului.

8. Completaţi tabelul, copiindu-î pe caiet.

- • :

molecularcelular

de ţesut şi organede organismde populaţiede biocenozăde biosferă

9. Propuneţi cel puţin 10 măsuri de îmbunătăţire a ecologiei localităţii tale.

10. în baza datelor factologice faceţi o analiză a stării ecologice a localităţiivoastre la începutul sec. XX şi începutul sec. XXI.

11. Alcătuiţi un proiect ecologic cu subiectul: Utilizarea raţională a unuisector de 6 ori, finând cont de normativele ecologice.

195

Page 196: Biologie XII

tema

O ^ ECOLOGIAORGANISMELOR

1 FACTORII ECOLOGICI. LEGITĂŢILE ACŢIUNII LOR 2 PRINCIPALELE MEDIIDE VIAŢĂ Şl ADAPTAREA ORGANISMELOR LA ELE

1. FACTORII ECOLOGICI. LEGITĂŢILE ACŢIUNII LOR

Mediul de viaţă este partea naturii care înconjoară organismul şi cu care acestacontactează nemijlocit. Vieţuitoarele contemporane populează patru medii de viaţă:acvatic, terestru-aerian, solul şi însăşi organismele vii. Elementele mediului deviaţă capabile să exercite o acţiune directă sau indirectă asupra organismelor viisunt desemnate ca factori ecologici. în funcţie de natura lor, deosebim factoriabiotici, biotici şi antropogeni. Factori abiotici sunt proprietăţile naturii nevii:lumina, temperatura, umiditatea, compoziţia salină a apei şi solului, presiuneaatmosferică etc. Factorii biotici prezintă relaţiile dintre organismele vii, iar factorulantropogen ţine de activitatea omului.

/\ Amintiţi-vă şi enumeraţi caracteristicile climaterice ale mediului de viaţă^ acvatic şi terestru-aerian.

Condiţiile de viaţă sunt determinate de valorile factorilor abiotici, majoritateacărora se disting printr-o variabilitate considerabilă în timp şi spaţiu. De exemplu,la suprafaţa solului temperatura oscilează în limite mari, însă la fundul oceanuluisau în peşteri este relativ constantă. Unii factori rămân relativ constanţi pe o duratădestul de îndelungată de timp, de exemplu forţa de atracţie a Pământului, compoziţiasalină a oceanului, compoziţia atmosferei ş.a. Unul şi acelaşi factor are o importanţădiferită în viaţa animalelor convieţuitoare. De exemplu, compoziţia salină a soluluiprezintă importanţă pentru nutriţia minerală a plantelor, dar e nesemnificativă pentrumajoritatea animalelor terestre. Intensitatea iluminării şi compoziţia spectrală aluminii joacă un rol primordial în viaţa organismelor autotrofe, în timp ce heterotrofeleau nevoie de lumină doar pentru a se orienta în spaţiu, etc.

Legea optimului. Rezultatele acţiunii factorilor ecologici variabili sunt com-parabile ecologic, deoarece ele se răsfrâng asupra activităţii vitale a organismelor

196

Page 197: Biologie XII

Pieirea speciei

/Zona de oprimare

Zona activităţiinormale

Sene- v 'ma acţiunii fac- "torilor ecolo- IZ>gici. —"

Pieirea speciei

Zona de oprimare

Limitele de rezistenţă ale specieiForţa de acţiune

a factorului

(fig. 3.2). Analizând graficul reprezentat în fig. 3.2, distingem următoarele legităţiîn acţiunea factorilor ecologici:

1. Anumite valori ale factorului ecologic sunt deosebit de favorabile pentruactivitatea vitală a organismelor, reprezentând valoarea optimă a factorului dat.

Aflaţi după fig. 3.3 temperaturile optime pentru creşterea unor speciide plante.

2. Cu cât mai mult se abat valorile factorului de la valoarea optimă, cu atât maiputernic se inhibă activitatea vitală a organismelor.

3. Punctele critice, locul de intersecţie a curbei cu axa orizontală, desemneazăvalori ale factorului pe care organismul nu le poate suporta. Depăşirea acestor valoriînseamnă moartea organismului. Distanţa dintre punctele critice reprezintă gradulde rezistenţă al organismului la schimbarea factorului. Condiţiile apropiate depunctele critice sunt deosebit de dificile pentru supravieţuire şi sunt numite extreme.

Construind curbele optimului unui factor oarecare, de exemplu a temperaturii,pentru diferite specii, vom observa că ele nu coincid. Cauza rezidă în faptul căpentru o specie valoarea unui factor oarecare poate fi optimală, iar pentru alta săprezinte punctul critic (fig. 3.4). De exemplu,cămilele nu suportă deserturile nordice, iar reniişi lemingii - cele sudice. Nici poziţia punctelorcritice nu este aceeaşi pentru diferite specii: launele ele sunt apropiate, la altele - depărtate.Deci, unele specii pot trăi numai în condiţiirelativ stabile, în timp ce altele suportă variaţiimari ale acestora. De exemplu, planta slăbănogse ofileşte dacă aerul nu este saturat cu vaporide apă, iar negară suportă bine modificareaumidităţii şi nu piere chiar şi în caz de secetă.

Legea optimului ne arată că atât atenuarea,cât şi intensificarea acţiunii fiecărui factorecologic peste limitele optime duce la pieirea

40

35

2 30

3 20

B 15

10

-Pinui

Saintpauliaionantha

/

/Mac

/Regine

BărViorea

ponde

//Poru

Ceibapentandra

/

/

Arborenb de cafea

uţi

Capul-cucului

10 15 20 25 30 35Temperatura Sn cursul zilei

40

Fig. 3.3. Temperaturile optimepentru creşterea şi dezvoltareaunor specii de plante.

197

Page 198: Biologie XII

"""S

ţia curbei opti-mului pe scaratemperaturilorpentru diferitespecii.

Specii rezistente Specii care suportă oscilaţiila frig mari ale temperaturii

Specii iubitoare decăldură

50"

organismului. Dacă majoritatea factorilor ecologici au valori optime pentru indiviziiunei specii concrete, atunci spunem că specia dată dispune de condiţii favorabilede viaţă.

Optimul şi limitele rezistenţei nu sunt absolut constante pe durata vieţiiorganismului. De obicei, fiecare etapă a ciclului vital îşi are optimul său. Deexemplu, în cazul fluturelui buha-semănăturilor, temperatura optimă pentru ouăeste de + 25°C, pentru omizi + 22°C, iar pentru pupe + 19°C. Icrele somonului sepot dezvolta în intervalul de temperaturi 0°C... + 12°C, iar indivizii adulţi suportăuşor oscilaţiile temperaturii de la - 2°C până la +20°C.

Practica a demonstrat că optimul şi limitele rezistenţei organismelor la un factoroarecare pot fi deplasate în anumite limite prin acţiunea orientată a diferitelorvalori ale acestuia. De exemplu, dacă plantele cu flori sunt "tratate" periodic cutemperaturi înalte, rezistenţa lor la arşiţă sporeşte cu mult. La fel şi peştişorii deacvariu pot fi "deprinşi" să vieţuiască în apă mai rece sau mai caldă.

Exemplificaţi posibilitatea deplasării valoni optime a unor factori abioticipe exemplul omului.

Interacţiunea factorilor. Zona optimului şi limitele de rezistenţă ale orga-nismului faţă de un factor oarecare se pot deplasa în funcţie de faptul cu ce forţăşi în ce îmbinare acţionează concomitent alţi factori. De exemplu, arşiţa se suportămai uşor în aer uscat şi nu umed. Riscul de a îngheţa este mai mare pe timp gerosşi vânt puternic decât pe timp liniştit. Deci, unul şi acelaşi factor în asociere cualţii exercită o acţiune ecologică diferită. Ţinând cont de interacţiunea factorilor,unul şi acelaşi efect ecologic poate fi obţinut pe căi diferite. De exemplu, ofilireaplantelor poate fi întreruptă mărind cantitatea de apă din sol sau micşorândtemperatura aerului, reducând astfel transpiraţia. Exemplele prezentate ilustreazăsubstituţia parţială a factorilor abiotici. Compensarea reciprocă a acţiunii factorilorde mediu are loc în anumite limite, un factor neputând fi înlocuit cu altul. Lipsatotală a apei sau a unuia din elementele de bază ale nutriţiei minerale face imposibilăviaţa plantelor, chiar şi la o îmbinare favorabilă a celorlalţi factori. Deficitul decăldură în deserturile polare nu poate fi compensat nici prin surplusul de umiditate.

198

Page 199: Biologie XII

nici prin iluminarea permanentă. Ţinând cont de legităţile interacţiunii factorilorecologici, în practica agricolă se pot asigura condiţii optime pentru viaţa plantelor.

Enumeraţi condiţiile optime pentru obţinerea unor roade bogate deporumb, grâu sau altă cultură agricolă.

Legea factorului limitant. Factorii abiotici ce se abat cel mai mult de la valoareaoptimă îngreuiază într-o măsură mai mare existenţa speciei în condiţiile date.Anume de acest factor, numit limitant, şi depinde într-o perioadă concretăsupravieţuirea indivizilor. în alte perioade de timp limitanţi pot fi alţi factori. Deexemplu, creşterea şi dezvoltarea grâului, respectiv şi roadă de grâu, pot fi limitatefie de temperaturile critice, fie de surplusul sau insuficienţa de umiditate, fie deinsuficienţa de săruri minerale.

Factorii limitanţi determină arealul geografic al speciei. De exemplu, răs-pândirea speciei spre nord poate fi oprită de insuficienţa de căldură, iar spre sud- de insuficienţa de umiditate sau de temperaturile prea ridicate. Pentru adetermina dacă o specie va putea exista într-o regiune geografică sau alta, estenecesar de a stabili, în primul rând, prezenţa sau lipsa în regiunea dată a unuifactor limitant pentru specia dată.

•Evidenţierea factorilor limitanţi prezintă o importanţă deosebită în practica agricolă,

deoarece prin anihilarea lor se poate spori roadă la hectar sau productivitatea animalelor. Dacăconţinutul de fosfor în sol reprezintă 50% din normă, iar cel de potasiu - 20%, la o valoareoptimă a celorlalţi factori, roadă la hectar va fi de cinci ori mai mică. Factorul limitant în acestcaz este conţinutul de potasiu. Aducerea conţinutului acestui element la valorile optime vamări roadă, dar ea totuşi va fi de două ori mai mică decât cea aşteptată. Factorul limitant va fiacum fosforul. Surplusul de săruri de asemenea frânează creşterea şi dezvoltarea plantelor.Aşadar, obţinerea de roade înalte presupune menţinerea tuturor factorilor de mediu la valorioptimale.

2. PRINCIPALELE MEDII DE VIAŢĂ Şl ADAPTAREA ORGANISMELOR LA ELE

Căile principale de adaptare ale organismelorla factorii ecologiciîn timpul vieţii majoritatea organismelor sunt supuse periodic acţiunii factorilor

ce se abat considerabil de la valorile optime, fiind nevoite să suporte arşiţă, geruricumplite, secete, insuficienţă de hrană etc. Supravieţuirea organismelor în condiţiiextreme poate fi atinsă pe trei căi diferite, enumerate în continuare.

Calea activă presupune sporirea rezistenţei şi dezvoltarea unor mecanismecare permit activitatea vitală în condiţii de abatere a factorilor de la valorile optime.

199

Page 200: Biologie XII

De exemplu, animalele homeoterme reuşesc, în condiţii de temperatură variabilă amediului, să-şi menţină temperatura corpului constantă. Ele utilizează în acest scopdiferite mecanisme. Pentru a preveni supraîncălzirea corpului în timpul verii, păsărileşi mamiferele năpârlesc. O dată cu răcirea timpului, blana mamiferelor devine maideasă, la păsări creşte numărul firelor de puf. Bineînţeles că fiecare specie dehomeoterme dispune şi de mecanisme specifice de adaptare la temperaturile extreme.

Calea pasivă semnifică supunerea funcţiilor organismului modificărilorfactorilor abiotici. De exemplu, în caz de insuficienţă de căldură, plantele şianimalele poikiloterme şi unele animale homeoterme îşi reduc intensitateametabolismului, micşorând astfel cheltuielile energetice. Fenomenul se atestă întimpul hibernării unor mamifere (ursul, bursucul, şoarecele-de-câmp etc.), estivaţieişi amorţirii poikilotermelor, repausului de iarnă al plantelor.

Pentru nematode, seminţele plantelor, spori este caracteristică suprimareacompletă a metabolismului - anabioza. Starea de anabioză este posibilă numai lao deshidratare completă a organismelor. Este important ca pierderile de apă decătre celule să nu fie însoţite de dereglarea activităţii celulei în ansamblu.Majoritatea speciilor nu sunt capabile de acest lucru, de aceea preferă anabiozeihibernarea, estivaţia şi amorţirea.

Evitarea acţiunilor nefavorabile este cea de a treia cale de adaptare aorganismelor la mediu şi este specifică animalelor mobile. De regulă, multe dintreacestea îşi construiesc vizuini sau cuiburi, unde se ascund de intemperii. Astfel îndeserturile din Asia Mijlocie trăieşte o specie de raci-de-uscat care au nevoie deaer umed. Pentru a face faţă arşiţei, ei sapă vizuini în solul lutos unde temperaturaeste joasă, iar umiditatea ridicată. Răcuşorii ies să se hrănească numai când aerulse umezeşte. în orele cele mai toride ale zilei, femela astupă intrarea în vizuină cusegmentele anterioare ale corpului, care poartă învelişuri impermeabile, prevenindastfel uscarea aerului de aici.

Un exemplu clasic de evitare a lipsei de hrană din timpul iernii sunt migraţiileunor specii de păsări, mamifere, insecte.

Enumeraţi câteva exemple de vieţuitoare întâlnite în localitatea voastrăpentru care sunt caracteristice calea pasivă de adaptare la factoriiecologici.

Mediul de viaţă terestru-aerian. Specificul adaptărilor organismelorlla acest mediuDupă condiţiile ecologice, mediul de viaţă terestru-aerian este cel mai complex.

Principalii factori abiotici care determină răspândirea organismelor în acest mediusunt lumina, temperatura, umiditatea, proprietăţile aerului, compoziţia solului,forma de relief etc. Să analizăm în continuare câţiva dintre ei.

200

Page 201: Biologie XII

LuminaSursa principală de lumină este radiaţia solară al cărei spectru, în funcţie de ^

lungimea de undă a razelor, poate fi împărţit în trei sectoare: ultraviolet, vizibil —"şi infraroşu. Din razele ultraviolete la suprafaţa Pământului ajung numai cele _yde unde lungi, iar cele de unde scurte se absorb la înălţimea de 20-25 km de i~—către stratul de ozon. Razele ultraviolete de unde lungi în doze mari sunt "dăunătoare organismelor, iar în doze mici exercită acţiune bactericidă şi asigură "formarea la animale a vitaminei D. Razele infraroşii exercită acţiune termică,iar lumina vizibilă este condiţia obligatorie pentru existenţa plantelor.

Regimul de lumină al oricărui spaţiu este determinat de poziţia geografică alocului, altitudine, relief, starea atmosferei, caracterul suprafeţei terestre, vegetaţie,timpul zilei, anotimp, activitatea solară şi schimbările globale în atmosferă.

Adaptările plantelor la condiţiile de iluminare ale mediului de viaţă. Dupăcerinţele faţă de condiţiile de iluminare, pe parcursul evoluţiei lumii vii s-au conturaturmătoarele grupe ecologice de plante:

* iubitoare de lumină (heliofite) - plante ale spaţiilor deschise;* iubitoare de umbră (sciofite) - plante din etajele inferioare ale pădurilor

întunecoase, din peşteri şi de la adâncimi mari;* rezistente la umbră — plante ce pot creşte atât pe locuri umbrite, cât şi pe

spaţii deschise.Plantele din aceste grupe dispun de diferite adaptări morfologice şi anatomice

la regimul dat de lumină. Dintre adaptările heliofitelor enumerăm următoarele:internoduri scurte, frunze de dimensiuni mici, cu o cuticulăbine dezvoltată, deseoriacoperită cu un strat de ceară sau de puf; număr mare de stomate; amplasareafotometrică a frunzelor (se amplasează perpendicular faţă de razele de la amiază);numărul mare de cloroplaste ce asigură o captare mai bună a luminii ş.a.

Supravieţuirea sciofitelor se datorează unui şir de adaptări, precum: frunze marişi subţiri, de culoare verde-întunecată; celulele epidermei mai mari decât la heliofite,dar cu pereţii exteriori şi cuticula mai subţiri; cloroplastele de dimensiuni relativmari, dar puţine la număr; stomatele în număr redus; frunzele aşezate orizontal.

;

Cea mai generală adaptare a plantelor la folosirea maximală a luminiieste orientarea spaţială a frunzelor. La amplasarea verticală a frunzelor(graminee, rogozuri etc.), lumina solară se absoarbe mai bine în orele dedimineaţă şi seară. In poziţie orizontală frunzele folosesc mai ales razelesoarelui de amiază. Amplasarea difuză a frunzelor în diferite planuri asigurăabsorbţia cea mai deplină a luminii solare. în acest caz, frunzele etajuluiinferior sunt dispuse orizontal, celui de mijloc - oblic, iar al celui superior -aproape vertical.

201

Page 202: Biologie XII

Stabiliţi după curbele intensităţii fotosintezei din fig. 3.5 care plante suiheliofite şi care sciofite.

•S

SorgPorumb

GrâuIerburi iubitoarede lumină

Fag

Ierburi iubitoare de umbrăMuşchi rezistenţi la umbră

3 10 20 30 40 50 60 70 80 90

IluminareaOscilaţia curbei intensităţii fotosintezei laFig. 3.5.

diferite grupe de plante.

Rolul luminii în viaţa ani-malelor este mult mai puţinimportant decât în viaţa plan-telor. Animalele au nevoie delumină, în principal, pentru a seorienta în spaţiu.

Reacţia organismelor (plan-telor şi animalelor) la ritmuldiurn de iluminare, adică la ra-portul perioadei luminoase şiîntunecate a zilei, este numită

fotoperiodism. La plante fotoperiodismul se manifestă în oscilaţia intensităţiiproceselor fiziologice, sinteza hormonilor, ceea ce condiţionează la rândul săuînlocuirea fazelor ciclului vital, apariţia frunzelor, bobocilor de floare, înflorirea,formarea seminţelor şi fructelor, căderea frunzelor ş.a.

La animale fotoperiodismul controlează perioada de împerechere, fecundarea,năpârlirea, migraţiile, hibernarea ş.a. Cunoaşterea particularităţilor fotoperiodis-mului permit de a prognoza dinamica efectivului, de a dirija dezvoltarea animalelorîn condiţii artificiale de întreţinere. In baza fotoperiodismului la plante şi animales-au format ritmurile biologice: anuale, diurne.

Amintiti-vă care din razele solare exercită acţiune termică.

TemperaturaAdaptările termice ale plantelor. Plantele ce cresc în condiţii de temperatură

variabilă a mediului se pregătesc din timp pentru suportarea gerurilor. Eleacumulează încă din vară glucide, aminoacizi şi alte substanţe ce leagă apa, ceeace sporeşte rezistenţa la îngheţ a celulelor. Temperaturile ridicate de la mijloculiernii, dar mai ales cele de la sfârşitul ei, reduc brusc rezistenţa plantelor la îngheţ.De aceea îngheţurile de primăvară pot vătăma ramurile tinere, mugurii florali chiarşi la speciile rezistente la îngheţ.

Supraîncălzirea plantelor pe timp de arşiţă este evitată prin: intensificareatranspiraţiei, reflectarea şi dispersarea luminii de la suprafaţa lucioasă sau pubescentâa frunzelor, reducerea suprafeţei încălzite prin suprapunerea frunzelor etc.

Adaptările termice ale animalelor. Se cunosc trei căi de adaptări termice aleanimalelor:

1. Termoreglarea chimică se bazează pe obţinerea energiei de pe urma descom-punerii substanţelor organice, de aceea animalele pe timp de iarnă consumă maimultă hrană sau folosesc rezervele de grăsime acumulate în timpul vierii. Dii

202

Page 203: Biologie XII

Vulpea polară

Vulpea africană

Fig. 3.6. Adaptările tehnice ale vulpii polare şi alecelei africane.

această cauză termoreglareachimică este slab dezvoltată laanimalele din zonele unde îşigăsesc cu greu hrană pe timpde iarnă. Este vorba de anima-lele ce trăiesc după cercul po-lar: vulpea polară, ursul polar,foca, morsa etc. Acest tip determoreglare nu este carac-teristic nici pentru animalele dela tropice: aici ele nu au nevoiede un surplus de energie.

2. Ecologic mai rentabilă s-adovedit a fi termoreglarea fi-zică, în cazul acesteia, adaptarea la frig se asigură pe contul păstrării energiei încorpul animalului, iar evitarea supraîncălzirii -prin cedarea ei. Cele mai răspânditemecanisme de termoreglare fizică sunt: îngustarea şi, respectiv, dilatarea vaselorsanguine din piele, năpârlirea, intensificarea transpiraţiei, prezenţa ţesutului adipossubcutanat, anumite proporţii ale corpului. De exemplu, datorită blănii dese,stratului de pene în jurul corpului animalelor se păstrează un strat de aer cutemperatura apropiată de cea a corpului. Astfel se evită pierderile de căldură. Graţieblănii dese, animalele de la cercul polar consumă iarna chiar mai puţină hranădecât vara. Supraîncălzirea corpului se evită prin transpiraţie: la trecerea apei înstare gazoasă se consumă energie. Evaporarea apei, deci şi răcirea corpului, poateavea loc şi de pe mucoasele umede ale cavităţii bucale, ale căilor respiratoriisuperioare.

Observaţi după fig. 3.6 deosebirile în dimensiunile corpului şi ale unororgane proeminente la vulpea polară şi africană şi explicaţi originealor.

După raportul dintre suprafaţa corpului şi volumul lui putem determina regiuneageografică în care trăieşte animalul dat. Forma compactă a corpului avantajeazăanimalele din emisfera nordică, întrucât se reduce suprafaţa de cedare a căldurii.Pentru animalele din emisfera sudică sunt specifice dimensiuni relativ mari alemembrelor şi ale diferitelor proeminenţe de pe corp (coadă, urechi, cioc etc.). Deexemplu, urechile mari ale elefantului, vulpii mici-de-pustiu, iepurelui americansunt bine vascularizate şi servesc drept organ de termoreglare.

3. Termoreglarea comportamentală se realizează prin deplasarea în spaţiu,schimbarea poziţiei corpului, folosirea diferitelor adăposturi, hibernarea, estivaţiala. Pentru multe animale, de exemplu pentru poikiloterme, aceasta este unicametodă de adaptare la regimul termic al mediului de viaţă.

203

Page 204: Biologie XII

Tabelul 3.1UNELE CARACTERISTICI FIZIOLOGICE ALE MAMIFERELOR

ÎN STARE DE HIBERNARE

SPECIADE

Jt Aif l tJV A f ICT

ANImALfz

Ariciul

Marmota

Ţistarul

Pârşul

Hârciogul

MASACORPULUI

(tng)

vara iarna

684 600

1868 2146

227 275

127 130

- -

ri\tv*vc;n i MRESPIRAŢIEI

pe rnin

veghe

40-50

20-35

100-360

-

32

hiber-nare

6-8

3-5

1-15

-

8

RILE CAIpe r

veghe

100

100-350

-

150-200

3DIACEnin

hiber-

10

5-19

-

12-15

ELIMINAREACĂLDURII

(în kjkg/orâ)

veghe

14,5

9,8

17,7

20,8

-

hiber-nare

0,33

0,46

0,46

0,29

-

TEMPERATURACORPULUI

în °C

veghe

34

36-38

35-39

37-38

38-39

hiber-nare

2

5-8

1-13

3-4

4-5

Studiaţi după tabelul 3.1 principalii indici funcţionali la mamiferele cehibernează şi trageţi concluzii.

Dintre metodele etologice (comportamentale) de reglare prezintă interes "com-portamentul" de grup. De exemplu, pe timp de ger cumplit pinguinii se adună încerc, formând aşa-numita "broască-ţestoasă". Pinguinii aflaţi în centrul cercului şila marginea lui îşi schimbă periodic locurile pentru a se încălzi. în interiorul unuiastfel de cerc temperatura este de +37°C, indiferent de cea a mediului.

Amintiţi-vă şi alte metode de comportament al animalelor ce ilustreazătermoreglarea.

La homeoterme se întâlnesc toate cele trei căi de adaptare la regimul termic almediului de viaţă, iar la poikiloterme doar una - cea comportamentală.

Umiditatea

Argumentaţi, folosind datele din tabelul 3.2, rolul apei în viaţaorganismelor vii.

Adaptările plantelor la regimul hidric al mediului de viaţă. Regimul hidnal mediului terestru este neuniform şi depinde de mai mulţi factori: precipitaţiprezenţa bazinelor de apă, rezervele de apă din sol ş.a. Caracterul variabil al acestefactori generează medii unde deficitul de apă este un fenomen obişnuit (deserturi l<stepele ş.a.) şi medii cu o umiditate înaltă (pădurile tropicale). Popularea de câaplante a unui mediu terestru cu un anumit regim hidric este posibilă cu condiţiasigurării lor cu apă în aceste condiţii. De exemplu, unele plante de deşert s

204

Page 205: Biologie XII

CONŢINUTUL DE APĂ ÎN CORPUL DIFERITELOR ORGANISME VIITabelul 3.2

DENUMIREAPLANTEI Şl

ORGANELOR El

Tulpinile arborilor

Frunzele

Fructele (roşii,castraveţi)

Algele

CONŢINUTULDE APĂ, %

55-60

79-82

94-95

96-98

DENUMIREAANIMALULUI

Lăcustele

Gărgăriţa-grâului

Şoarecele

Broasca

CONŢINUTULDE APĂ, %

35

46-47

79-85

93

V

mulţumesc cu apa din ceaţă şi rouă pe care o absorb cu ajutorul perişorilor de pefrunze; muşchii, fiind lipsiţi de rădăcini, absorb apa cu toată suprafaţa corpuluiş.a. Necesităţile în apă ale plantelor terestre superioare sunt asigurate de rădăcini.După tipul ramificării, deosebim sisteme radiculare de tip extensiv şi intensiv(fig. 3.7). Sistemul radicular extensiv ocupă un volum mare de sol la o ramificareslab dezvoltată. Este specific pentru plantele de deşert şi stepă (saxaul, spinulcămilei), pentru unii copaci din zona temperată(pin, mesteacăn), unele plante ierboase (lucerna,albăstriţă). Sistemul radicular intensiv sedistinge printr-o ramificare bine dezvoltată,concentrată într-un volum mic de sol. Se în-tâlneşte la graminee (negară, păiuş-de-stepă,secară, grâu ş.a.). Absorbţia apei de către rădăcinidepinde de mai mulţi factori: conţinutul de apă

In sol, aciditatea solului, temperatura solului,salinitatea acestuia ş. a.

în funcţie de raportul lor faţă de apă selevidenţiază mai multe grupe ecologice de planteYschema 3.3).

Hidatofitele (elodeea, broscăriţa, vălisneria,bufărul, peniţa etc.) sunt plante acvatice scu-fundate total sau parţial în apă. Rădăcinile aces-por plante sunt puternic reduse sau lipsesc com-)let (peniţă), absorbţia apei realizându-se printoată suprafaţa corpului.

Hidrofilele cresc pe malurile bazinelor de apă,fn ape mici, bălţi. Existenţa acestor plante estexisibilă datorită unui ţesut conducător binelezvoltat şi epidermei bogate în stomate.

Fig. 3.7. Sisteme radiculare de tipextensiv (1) şi intensiv (2).

205

Page 206: Biologie XII

Schema 3.3

GRUPELE ECOLOGICE DE PLANTE DUPĂ RAPORTUL LOR FATĂ DE APĂ

Hidatofite Hidrofite Higrofite Mezofite Xerofite

Argumentaţi rolul ţesutului conducător în viaţa plantelor hidrofite,••HBBBBHHHH

Higrofitele pot fi de lumină şi de întuneric. Cele de întuneric (slăbănogul, tilişca,multe ierburi tropicale) ocupă etajele inferioare ale pădurilor umede din zoneclimatice diferite. Ţesuturile acestor plante conţin în normă până la 80% de apă şimai mult, de aceea chiar şi la o secetă de scurtă durată ele se ofilesc şi pier în scurttimp. Higrofitele de lumină (papirusul, orezul, stupitul-cucului, drăgaica, roua-cerului ş.a.) cresc pe soluri permanent umede.

Mezofite sunt copacii veşnic verzi din etajele superioare ale pădurilor tropicale,copacii cu frunza căzătoare din savane, speciile lemnoase din pădurile subtropicaleumede veşnic verzi, speciile foioase din pădurile zonei temperate, arbuştii dincrânguri, plantele din luncile inundabile, majoritatea plantelor de cultură, multeplante erboase ş.a. Acest grup de plante poate face faţă unei secete de scurtă duratăşi nu prea puternice.

Xerofitele cresc în deserturi, stepe, pădurile tropicale, pantele bine încălziteetc. Se disting xerofite suculente şi sclerofite. Suculentele pot depozita apa in jtulpină (cactuşi), în frunze (aloia, agavele, urechelniţa), în rădăcini (asparagusuljmăcrişul-iepurelui ş.a.). Frunzele suculentelor, iar în cazul reducerii frunzelor şitulpinile, au cuticulă groasă, deseori acoperită cu un strat de ceară sau pufuşoc.Stomatele sunt afundate în mezofil şi se deschid doar noaptea, ceea ce permitereducerea pierderilor de apă. Absorbţia CO2 are loc noaptea, când stomatele sunudeschise, iar fixarea lui în procesul de fotosinteză - în ziua următoare. CO2 formaiîn timpul respiraţiei se depozitează în sucul celular, fiind ulterior utilizat la sintezacompuşilor organici. întrucât cantităţile de CO2 primite de suculente pe aceasBcale sunt neesenţiale, creşterea lor este lentă. Sclerofitele (negară, keleria, păiuşuWbrăzdat) au frunze înguste şi mărunte, uneori răsucite, acoperite cu ceară sau puflSpecific pentru aceste plante sunt valorile înalte ale presiunii radiculare, dezvoltarăputernică a sclerenchimului, datorită cărui fapt sclerofitele nu se ofilesc chiar şi Ipierderea a 25% de apă.

Adaptările animalelor la regimul hidric al mediului de viaţă terestru-aer i u -.Aprovizionarea animalelor cu apă se face pe trei căi: prin băut, o dată cu hrana âîn urma proceselor metabolice (apa metabolică obţinută la scindarea, în principda grăsimilor). întrucât lipsa apei duce mai repede la moarte decât lipsa hranei.

206

Page 207: Biologie XII

animale pe parcursul evoluţiei s-au format diferite adaptări pentru satisfacereanecesităţilor în apă. Acestea pot fi grupate în comportamentale, morfologice şifiziologice. Adaptări comportamentale sunt căutarea locurilor de adăpat, alegereaunor locuri de viaţă mai favorabile din punctul de vedere al aprovizionării cu apă,săparea vizuinilor ş.a. Cochilia melcului, crusta racului, cuticula insectelor,tegumentul cheratinizat al reptilelor şi alte formaţiuni care reţin apa în corpulanimalelor fac parte din adaptările morfologice ale animalelor prevăzute pentrureducerea pierderilor de apă.

Capacitatea de formare a apei metabolice, economisirea apei la formarea urineişi fecaliilor, reducerea intensităţii transpiraţiei şi a pierderilor de apă de pe mucoase,sporirea rezistenţei la deshidratare sunt doar unele din adaptările fiziologice aleanimalelor la regimul hidric al mediului de viaţă.

Pierderile de apă prin transpiraţie pe timp de arşiţă se reduc fie prin repaosabsolut, fie prin suportarea pe o durată scurtă a supraîncălzirii corpului. De exemplu,cămilele pot suporta o încălzire a corpului de până la + 40,7°C. Surplusul de căldurăse elimină în timpul nopţii prin radiaţie directă datorită faptului că aerul noapteaeste mai rece decât corpul. Mai rezistente la deshidratare sunt cămilele care suportăfără consecinţe pierderile de apă de până la 27%, oile - până la 23%, câinii - pânăla 17%. Pentru om, pierderile de apă ce depăşesc 10% din masa corpului suntmortale.

Adaptările organismelor la alţi factori ecologici ai mediului terestru-aerian.Un rol important în viaţa organismelor terestre îl joacă şi alţi factori ecologici,printre care aerul (compoziţia, presiunea, mişcarea), solul (compoziţia minerală şiorganică), relieful suprafeţei terestre.

Argumentaţi de ce este imposibilă viaţa permanentă în mediul aerian.

Limita maximă la care se pot întâlni organisme vii în munţi este de 5 800 m, şidoar condorii se pot ridica la o înălţime de 10 000 m. Factorul limitant al răspândiriiorganismelor în aer este presiunea atmosferică. O dată cu creşterea altitudinii,presiunea atmosferei descreşte, fapt ce face dificilă respiraţia din cauza micşorăriiconţinutului de O2.

Temperatura solului, aeraţia, stratificarea, compoziţia şi structura lui, reliefullocalităţii de asemenea influenţează viaţa organismelor terestre, îndeosebi a plantelor.De exemplu, caracterul sistemului radicular depinde de structura solului. Pe solurileunde sunt îngheţuri multianuale rădăcinile plantelor pătrund la adâncimi nu preamari, fiind repartizate mai mult în lături. Pe solurile cuprinse periodic de îngheţrădăcinile pătrund la adâncimi mari, fără a se răsfira în lături. Unele specii de plantes-au adaptat la soluri acide, altele la soluri bazice.

Care din caracteristicile enumerate ale solului prezintă importanţă pentruanimale?

207

Page 208: Biologie XII

Pentru animale, care sunt organisme heterotrofe, aceste caracteristici ale soluluinu au nici o importanţă. La ele constatăm cele mai variate adaptări în vedereadeplasării pe diferite tipuri de teren. De exemplu, membrele copitatelor şi struţilor,animale ce populează spaţii deschise, sunt adaptate la deplasarea pe un teren tare,la şopârlele ce populează nisipurile mişcătoare degetele sunt mărginite de solzicornoşi care măresc suprafaţa de sprijin etc.

Mediul de viaţă acvatic. Specificul adaptărilor organismelorla acest mediuPe parcursul evoluţiei organismele acvatice s-au adaptat la viaţă într-un anumit

strat de apă. Ca urmare, s-au constituit 3 grupe ecologice de animale acvatice:planctonul, nectonul şi bentosul.

Planctonul este constituit de plante şi animale acvatice care populează stratulde la suprafaţă al apei, aflate aici în stare suspendată şi care nu se pot opunecurenţilor de apă. Mod de viaţă planctonic duc toate algele cu flageli, iar dintreanimale, reprezentanţi ai protozoarelor, celenteratelor, crustaceelor. Aflarea în apăîn stare suspendată a reprezentanţilor planctonului este asigurată de un şir deadaptări, dintre care menţionăm micşorarea greutăţii specifice (substituireaamidonului de rezervă prin ulei şi prezenţa vacuolelor gazoase la alge, incluziunigazoase, schelet poros şi ţesuturi gelatinoase la animale) şi mărirea suprafeţeirelative a corpului, ceea ce măreşte frecarea de apă (diferite excrescenţe, alungireacorpului).

Nectonul este format din animale acvatice de talie mare: peşti, mamifereacvatice, moluşte cefalopode, precum şi animalele ce se înmulţesc pe uscat, dar sehrănesc în apă. Reprezentanţii nectonului se opun activ curenţilor de apă.

Bentosul prezintă totalitatea organismelor ce populează fundul bazinelor deapă. Animale bentonice sunt spongierii, actiniile, coralii, unele moluşte bivah ecrevetele, unii viermi ciliaţi şi crustacee. Fitobentosul mărilor şi oceanelor consta,în principal, din alge brune şi roşii, iar al bazinelor de ape dulci din alge verzi -unele plante superioare (rogozul, papura, săgeata-apei ş.a.).

Răspândirea vieţii în apă este influenţată de următoarele proprietăţi ale apei:densitatea, conţinutul de oxigen, salinitatea, temperatura, iluminarea.

Densitatea apei este mai mare decât a aerului, fapt ce îngreuiază deplasareaactivă a reprezentanţilor nectonului. Forma hidrodinamică a corpului, dezvoltareamusculaturii sunt doar două din adaptările animalelor acvatice la locomoţia în apă.

Conţinutul de oxigen în apă nu depăşeşte 10 ml într-un 1 1 de apă. Suiaprincipală de oxigen în apă sunt algele verzi, de aceea limita de răspândire -animalelor acvatice depinde de adâncimea la care acestea cresc. Conţinutul deoxigen în apă mai depinde de temperatura şi salinitatea apei, gradul de poluare.

Argumentaţi dependenţa conţinutului de oxigen în apă de temperaturaşi salinitatea ei.

208

Page 209: Biologie XII

Unele specii pot suporta oscilaţii considerabile ale conţinutului de oxigen înapă, inclusiv lipsa lui completă (de exemplu, oligochetele-de-apă-dulce). Crapul,linul, carasul pot vieţui în ape cu un conţinut scăzut de oxigen, iar păstrăvul,boişteanul - numai în ape bogate în oxigen. Multe specii în lipsa oxigenului înapă cad într-o stare de amorţeală şi astfel depăşesc perioada nefavorabilă.

Salinitatea apei. Majoritatea nevertebratelor acvatice sunt animalepoikiloos-motice: presiunea osmotică a lichidelor din interiorul corpului depinde de salinitateaapei. Menţinerea acesteia la nivelul caracteristic speciei presupune viaţa la oanumită salinitate a apei, de aceea nevertebratele de apă dulce nu pot trăi în apăsărată, şi invers. Vertebratele acvatice sunt animale homeosmotice: îşi menţinpresiunea osmotică a lichidelor din interiorul corpului la acelaşi nivel, indiferentde salinitatea apei. în acest scop, pe parcursul evoluţiei, s-au dezvoltat diferitemecanisme în vederea reglării presiunii interne.

Expuneţi-vă părerea referitor la mecanismele cu ajutorul cărora ver«tebratele acvatice îşi menţin constantă presiunea osmotică a lichidelordin interiorul corpului.

La vertebratele de apă dulce, lichidele din interiorul corpului sunt mai con-centrate (hipertonice) decât apa în care acestea îşi duc viaţa. Pentru menţinereaconcentraţiei lichidelor interne la un nivel constant, animalele de apă dulce "desă-rează" apa dulce, absorbind ionii de Na+ şi Cr~ cu ajutorul unor celule specialelocalizate în branhii, piele, cavitatea bucală, cloacă. Mediul intern al vertebratelormarine are o concentraţie mai joasă a substanţelor osmotic active decât mediulambiant. Pentru menţinerea ei, animalele marine "desărează" apa de mare folosită,eliminând surplusul de sare prin celule speciale ale branhiilor, glande speciale,intestin, rinichi. Animalele, mediul intern al cărora este hipotonic în comparaţiecu mediul acvatic, sunt ameninţate de deshidratare. Fenomenul este evitat detegumentele lor impermiabile care previn pierderile de apă.

Regimul termic al bazinelor de apă. Datorită capacităţii termice înalte a apeicedarea sau primirea de căldură nu provoacă oscilaţii bruşte ale temperaturii ei. Maivariabilă este temperatura straturilor superioare. Speciile de apă dulce care preferăapele mai calde, în perioada rece a anului cad în amorţire până în primăvară.

Regimul de lumină al bazinelor de apă. în apă este mai puţină lumină decâtîn aer. Cu adâncimea cantitatea ei scade ca urmare a absorbţiei de către apă.Absorbţia luminii depinde de transparenţa apei: apele tulburi absorb mai multălumină decât cele curate. în adâncurile oceanului drept sursă de lumină servescanimalele iluminiscente.

Adâncimea maximă la care pătrunde lumina determină limita de răspândire aplantelor acvatice. Cel mai adânc pătrund algele roşii, care preferă adâncimile de

I 40-60 m, dar pot fi întâlnite şi la adâncimi mai mari: 100-200 m.I 14 Biologie, ci. a XII-a

209

Page 210: Biologie XII

Determinaţi după dimensiunile ochilor adâncimea la care îşi duc viaţahidrobionţii din fig. 3.8 şi stabiliţi relaţia dintre dimensiunile oadâncimea la care vieţuiesc.

întrucât animalele acvatice au cu mult maipuţină lumină decât cele terestre, orientarea cuajutorul ochilor este puţin eficientă. Cei mai mulţihidrobionţi se orientează după sunet, datorităfaptului că sunetul în apă se propagă mai repededecât în aer. Multe mamifere, peşti, moluşte emitsunete, ceea ce face posibilă comunicarea întreindivizii aceleiaşi specii. Balenele îşi găsesc hranaşi se orientează cu ajutorul ecolocaţiei, unelespecii de peşti produc energie şi o folosesc pentruorientare şi semnalizare. Cel mai vechi mod deorientare, specific tuturor hidrobionţilor, constăîn utilizarea chemorecepţiei. Experimental s-ademonstrat că tipării reacţionează la o con-centraţie a alcoolului în apă egală cu 1 g la 6 miikm3 de apă.

Fig. 3.8. Reducerea ochilor lapeştii din familia Scopelidae înfuncţie de adâncimea la care îşi ducviaţa.

Solul în calitate de mediu de viaţăSolul este stratul fertil de la suprafaţa usca-

tului care contactează nemijlocit cu aerul. Elprezintă un sistem trifazic în care particulele solide sunt înconjurate de aer şi apă.Oscilaţiile termice mai atenuate, prezenţa apelor freatice şi pătrunderea precipi-taţiilor, conţinutul sporit de substanţe organice şi minerale fac din sol un mediufavorabil de viaţă. Cavităţile şi porii din sol, precum şi suprafaţa particulelor luiservesc ca mediu de viaţă pentru organismele microscopice: bacterii, ciuperci,protozoare precum şi viermi cilindrici, celenterate (fig. 3.9). întrucât aerul din soleste bogat în vapori de apă, aceste animale respiră prin tegumente şi de aceea suntfoarte sensibile la uscare. La reducerea umidităţii solului, cele de dimensiuni mici.se deplasează spre straturile mai adânci. Cele de dimensiuni relativ mari au solzi,carapace, tegumente parţial impermeabile care permit supravieţuirea în caz dereducere temporară a umidităţii solului. Perioada rece a anului locatarii soluluisuportă într-o stare de amorţeală.

Cei mai mari habitanţi ai solului sunt reprezentanţii mamiferelor. Unele •petrec toată viaţa în sol (cârtiţa, orbetele), săpând un întreg sistem de galerii şivizuini. Aspectul exterior al acestor animale prezintă o adaptare perfectă la modulde viaţă subteran: corp compact cu gât scurt, păr scurt şi des, membre de tipsăpător cu gheare puternice, ochi subdezvoltaţi.

210

Page 211: Biologie XII

Fig. 3.9. Habi-tanţii solului.

Organismele vii în calitate de medii de viaţăUtilizarea de către unele organisme a altora în calitate de mediu de viaţă este

numită parazitism. Practic nu există nici o specie de organisme pluricelulare caresă nu aibă paraziţii săi. Cei mai mulţi paraziţi sunt printre microorganisme şiorganismele pluricelulare primitive. De cele mai multe ori gazde ale acestora suntvertebratele şi plantele cu flori. Condiţiile de viaţă ale paraziţilor sunt extrem despecifice, prezentând un şir de avantaje, şi anume: aprovizionarea din belşug cuhrană uşor accesibilă; protejarea de acţiunea directă a factorilor ecologici;stabilitatea relativă a condiţiilor de viaţă.

Aceste particularităţi ale mediului de viaţă a făcut inutilă diferenţierea corpului,mulţi dintre paraziţi prezentând o structură relativ simplă, reducerea sau lipsa unorsisteme de organe. Cât nu ar părea de straniu, paraziţii întâmpină şi un şir de dificultăţiaşa ca: limitarea spaţiului de viaţă, aprovizionarea deficitară cu oxigen, piedici laschimbarea gazdei, reacţiile de apărare ale organismului gazdei ş.a. Pe parcursulevoluţiei la paraziţi s-au format un şir de adaptări care au permis depăşirea acestorinconveniente. Astfel, viermii ce parazitează în intestine ating dimensiuni relativmari în comparaţie cu cei ce parazitează în căile biliare. Pentru a face faţă insuficienţeide oxigen, majoritatea paraziţilor sunt anaerobi. De exemplu, pentru ascarida omuluioxigenul este o toxină, de aceea oxigenul este folosit pentru nimicirea lor.

Pe lângă endoparaziţi (populează mediul intern al gazdei), există şi ectoparaziţi.Pentru aceştia gazda este doar o parte a mediului ambiant care îi asigură cu hranăşi adăpost.

Enumeraţi câteva exemple dintre cei mai răspândiţi ectoparaziţi.

211

Page 212: Biologie XII

1. Definiţi noţiunile de: a) mediu de viaţă; b) factor ecologic.

2. Alcătuiţi o schemă ce ar reprezenta clasificarea mediilor de viaţă şi afactorilor ecologici.

3. Explicaţi prin exemplu esenţa legii optimului pentru diferiţi factori ecologici.

4. Alcătuiţi un grafic ce ar reprezenta curbele optimului temperaturii,umidităţii şi a! luminii pentru o plantă de cultură,

5. Definiţi noţiunea de factor iimîtant.

6. Completaţi schema:

7. Completaţi tabelul, copiindu-l pe caiet.

CARACTER

ill1. Mărimea, forma,culoarea frunzelor2. Dimensiunile clo-roplastelor, numărul

E HELIOFITE

3. Stomateleliij$iijf:'

PLANTE SCIOF'TE P L A N T E REZISTENTEPLANTE bCIOFITE LA UMBRĂ

8. Enumeraţi adaptările termice ale animalelor.

9. Asociaţi noţiunile din coloana A cu exemplele din coloana B.

a) termoreglare chimicăb) termoreglare fizicăc) comportamentul

1) năpârlirea2) scinderea grăsimilor3) vulpea polară4) elefantul5) îngustarea vaselor sangvine6J dilatarea vaselor sangvine7) comportamentul de grup8) scăldatul în nisip al păsărilor

_„_- mmM J

10. Scrieţi un eseu la tema „Adaptările animalelor ia factorii mediuluirestru-aerian de viaţă":

a) faţă de aer; b) faţă de sol.

Page 213: Biologie XII

11. Grupaţi noţiunile în 4 grupe după un criteriu comun:

1. plante hidatofite2. plante hidrofite3. plante mezotite4. plante xerofite5. negară6. elodeia7. nufărul

12. Completaţi schema:

8. slăbănogul9. plante cu frunze10. epidermul bogat în stomate11. au rădăcini reduse12. cresc în deserturi13. aloia14. stomatele sunt afundate înmezoderm.

13, Explicaţi noţiunile:a) necton, b) plancton, daţi exemple.

14, Enumeraţi proprietăţile apei. Argumentaţi dependenţa conţinutului deO2 în apă de temperatură şi salinitatea ei.

15, Studiu de caz. Explicaţi de ce protozoareie de apă dulce au vacuolăcontractilă, iar cele de apă sărată nu.

16, Analizaţi adaptările animalelor terestre la următorii factori abiotici aimediului de viaţă.

a) regimul termic,b) regimul de lumină

17, Completaţi tabelul „Respiraţia organismelor subterane".

'UPA SISTEMATICA RESPIRAŢIA

1. Bacterii2. Ciuperci

3. Protozoare4. Viermi cilindrici5. Celenterate6. Mamifere

18. Enumeraţi 5 avantaje şi 5 dezavantaje ale organismelor parazite.

213

Page 214: Biologie XII

ettta-

ECOLOGIAPOPULAŢIILOR

1 CARACTERISTICA POPULAŢIEI ÎN CALITATE DE UNITATE ECOLOGICĂ FUNDA-MENTALĂ 2 DINAMICA POPULAŢIILOR

1, CARACTERISTICA POPULAŢIEI ÎN CALITATE DE UNITATE

ECOLOGICĂ FUNDAMENTALA

în ecologie populaţia este desemnată ca un grup de indivizi de aceeaşi specieîntre care se stabilesc anumite relaţii şi care ocupă un teritoriu comun.Caracteristicile principale ale populaţiei ca unitate ecologică sunt cele de grup:1) efectivul - totalitatea de indivizi de pe teritoriul dat; 2) densitatea - numărulmediu de indivizi de pe o unitate de suprafaţă; 3) natalitatea - numărul de nou-născuţi apăruţi într-o unitate de timp; 4) mortalitatea - numărul de indivizi decedaţiîntr-o unitate de timp; 5) sporirea efectivului - diferenţa dintre natalitate şimortalitate; 6) ritmul de creştere - sporul mediu al efectivului într-o unitate detimp.

Pentru fiecare din populaţiile unei specii este caracteristică şi o anumităorganizare structurală, determinată de raportul dintre sexe {structura sexuală).dintre diferite grupe de vârstă {structura de vârstă) şi de repartizarea indivizilor înspaţiu {structura spaţială). Fiecare din aceşti indici ai organizării structurale apopulaţiilor nu sunt stabili şi depind de factorii abiotici ai mediului şi de relaţiilestabilite cu populaţiile altor specii. Cele expuse în continuare vă vor convinge dejusteţea celor afirmate.

Structura sexuală a populaţieiStructura sexuală a populaţiei reflectă raportul relativ dintre indivizii de sex

opus.

I/n Amintiţi-vă principalele tipuri de determinism al sexelor.

La majoritatea speciilor ce se reproduc sexuat sexul viitorului individdetermină în timpul fecundaţiei în baza recombinării cromozomilor sexuali. Acemecanism asigură un raport al sexelor apropiat de 1:1. Sub influenţa caracterelecuplate cu sexul, care modifică vitalitatea indivizilor de sex opus, precum şifactorilor abiotici, raportul real al sexelor se deosebeşte de cel teoretic. De exempl214

Page 215: Biologie XII

în cazul furnicilor-de-pădure din ouăle depuse la +20°C se dezvoltă numai masculi,iar din cele depuse la temperaturi mai mari - numai femele. Fenomenul se explicăprin faptul că masculii pot ejacula sperma numai la temperaturi înalte.

Acelaşi lucru îl putem spune şi despre populaţiile de plante. în limitele arealuluispeciei structura sexuală a populaţiilor este relativ constantă. La schimbareacondiţiilor de mediu acest raport se modifică. De exemplu, în anii secetosi numărulexemplarelor feminine se reduce la salvie de 10 ori, iar la sparanghel de 3 ori.

Raportul dintre sexe, îndeosebi cota parte de femele apte de reproducere,determină posibilităţile de creştere numerică ale unei populaţii.

Structura de vârstă i populaţieiCerinţele indivizilor unei populaţii faţă de mediu şi rezistenţa lor la anumiţi

factori de mediu depinde de vârsta acestora.Structura de vârstă a populaţiilor de plante. Ciclul vital al oricărei plante

presupune parcurgerea succesivă de către acesta a fazelor de dezvoltare. Indiviziiunei populaţii aflaţi la aceeaşi fază de dezvoltare alcătuiesc un grup de vârstă.

Studiaţi după fig. 3.10 grupele de vârstă ale păiuşului-de-livadă şiobservaţi particularităţile fiecăreia.

O populaţie se considerănormală dacă este reprezentatăde toate sau aproape de toategrupele de vârstă. Prezenţatuturor grupelor de vârstă nuexclude posibilitatea predomi-nării unora dintre ele. în funcţiede grupa de vârstă care predo-mină se disting populaţii tinere,de vârstă medie şi senile. Celetinere şi de vârstă medie se potautomenţine pe cale vegetativăsau sexuală, spre deosebire depopulaţiile senile. Reprezen-tanţii acestora din urmă nunumai că produc mai puţineseminţe, dar şi formează maipuţini lăstari şi rădăcini noi.Astfel de populaţii sunt ame-ninţate cu pieirea.

Structura de vârstă a popula-ţiilor este determinată de parti-

f 1

fI

V2

15

i

Stf3

wmil*

1 6

.43 9

4

itfim

7

Fig. 3.10. Grupele de vârstă ale unei populaţii depăiuş-de-livadă: 1 -plantulă; 2,3,4-plante tinere; 5,6,7 - plante mature; 8 , 9 - plante senile.

215

Page 216: Biologie XII

cularităţile biologice ale speciei: periodicitatea fructificării, numărul de seminţeproduse, durata de păstrate a capacităţii germinative, capacitatea de regenerareş.a. Manifestarea acestora depinde de condiţiile mediului de viaţă. De exemplu, înanii secetoşi plantele ierboase îmbătrânesc mai repede, formând mai puţine seminţeca de obicei, cu o capacitate germinativă scăzută. în anii ploioşi, din contra,populaţiile de plante ierboase întineresc, deoarece în prezenţa condiţiilor favorabilecreşterea plantelor se prelungeşte pe o durată mai mare de timp. In anumite condiţiide viaţă, la un păşunat excesiv, unele grupe de vârstă decad.

Amintiţi-vă tipurile de dezvoltare postembrionară la animale.

Structura de vârstă a populaţiilor de animale este determinată de particu-larităţile de vârstă ale indivizilor de specia dată, periodicitatea reproducerii,condiţiile de viaţă. Astfel, la cărăbuş, femelele pier în scurt timp după depunereaouălor. întrucât larvele se dezvoltă în sol pe o durată de patru ani, populaţiacărăbuşului se compune din reprezentanţii a patru generaţii cu un interval de unan între ele. Anual îşi încheie ciclul vital o generaţie şi apare alta, grupele devârstă fiind delimitate clar în timp. Raportul numeric al acestora depinde decondiţiile mediului. Din cauza gerurilor târzii o parte din ouă pot pieri şi, ca urmare,generaţia nou apărută va fi redusă numeric.

La speciile cu o reproducere unică şi cu o durată scurtă a vieţii în timpul anuluise succed câteva generaţii: la molia-sfeclei în timpul vierii se perindă 4-5 generaţii.Structura de vârstă a populaţiilor speciilor cu o reproducere repetată este maicomplicată. La începutul vierii populaţia şoarecelui-de-câmp este formată dinindivizi maturi, născuţi anul trecut, apoi se adaugă tineretul de prima şi a douareproducere. Acesta atinge maturitatea sexuală concomitent cu apariţia generaţiilora treia şi a patra. Către toamnă populaţia constă din indivizi de vârste diferiteapăruţi în acelaşi an, părinţii cărora pier între timp.

Cu totul altfel se prezintă structura de vârstă a populaţiilor speciilor cu o duratălungă a vieţii în stare adultă şi reproducere multiplă. De exemplu, elefantul indiantrăieşte 60-70 de ani, atingând maturitatea sexuală la vârsta de 8-12 ani. Femelanaşte un pui, mai rar doi, odată la patru ani. Deci, în populaţiile acestei speciipredomină indivizii maturi de diferite vârste (-80%). Raporturile descrise alegrupelor de vârste într-o populaţie pot fi reprezentate sub formă de "piramidă avârstelor" (fig. 3.11).

Explicaţi după piramidele vârstelor din fig. 3.11-3.12, dacă populaţiiledate sunt în creştere sau descreştere.

Dacă baza acestei piramide (tineretul) şi partea de mijloc (generaţia reproductivă]sunt late, deci cuprind un număr mare de indivizi, iar vârful (bătrânii) îngust, oastfel de populaţie este în creştere. în cazul unei baze înguste şi vârf lărgit, populaţii216

Page 217: Biologie XII

Fig. 3.11. Piramidele de vârstă ale populaţiilor diferi-telor specii de animale.

descreşte numeric, deoarecemortalitatea depăşeşte nata-litatea (fig. 3.12). Pentru fiecarepopulaţie este caracteristică oanumită configuraţie a pira-midei de vârstă. Piramidelevârstelor pot fi construite pen-tru populaţiile oricăror specii,dacă se cunosc particularităţilede dezvoltare ale indiviziloracestei specii şi relaţiile lor cumediul.

Observările au arătat că în populaţiile vegetale şi animale cu o structură devârstă complexă, unde sunt prezente toate grupele de vârstă, trăiesc concomitentcâteva generaţii, indivizii adulţise reproduc multiplu şi au o du-rată a vieţii relativ lungă, nusunt supuse unei oscilaţii bruştea efectivului. Deşi condiţiilecritice de viaţă pot schimbastructura de vârstă a unor astfelde populaţii în urma pieirii ce-lor mai slabi, cele mai rezis-tente grupe de vârstă vor sup-ravieţui, restabilind apoi struc-tura populaţiei.

60

S£40

I20

11 800

Numărul total de populaţii

42 895 22 925

Fig. 3.12. Piramidele de vârstă ale populaţiiloralbinei melifere în creştere şi descreştere.

Exploatarea raţională de către om a populaţiilor naturale ale unor specii de animale presupunecunoaşterea structurii lor de vârstă. în cazul speciilor cu un spor anual considerabil, o bunăparte a populaţiei poate fi înlăturată, fără a periclita efectivul acesteia. De exemplu, pescuireaa 50-60% din indivizii maturi ai unei populaţii de lostriţă nu pune în pericol efectivul popula-ţiei, în privinţa somonului aceste cifre trebuie reduse cu mult, în caz contrar populaţiile se potreduce considerabil.

Cunoaşterea structurii de vârstă a populaţiei oraşelor, satelor este necesară pentru planificareadezvoltării curente şi de perspectivă a acestor aşezări omeneşti: construcţia de şcoli, de casede locuit, spitale, case pentru bătrâni, precum şi planificarea locurilor de muncă. Cele spusesunt valabile şi pentru populaţiile de plante. Predominarea pe o păşune a indivizilor senili,incapabili de reproducere, este un semnal de alarmă. Pentru a salva această păşune de dispariţie,trebuie luate măsuri de întinerire.

217

Page 218: Biologie XII

Structura spaţială a populaţiilorUtilizarea raţională a resurselor naturale ale unui anumit teritoriu depinde de

numărul de indivizi ce-1 populează şi de repartizarea lor în spaţiu, care de regulănu este neuniformă. Cauza rezidă în neomogenitatea condiţiilor de viaţă pe spaţiulocupat şi în particularităţile biologice ale speciilor. Astfel de particularităţi la plantesunt înmulţirea vegetativă, răspândirea slabă a seminţelor şi încolţirea lor lângăplanta-mamă, iar la animale - viaţa în familii, colonii, cârduri etc.

Ca urmare apar acumulări de indivizi care se deosebesc după numărul deindivizi, densitate, structura de vârstă, spaţiul ocupat.

Amintiţi-vă principalele tipuri de migraţii, cauzele şi rolul lor în viaţa orga-nismelor migratoare.

Animalele mobile, după tipul utilizării spaţiului, se împart în sedentare şimigratoare. Cele sedentare îşi petrec cea mai mare parte a vieţii, sau o bună partea ei, pe un sector limitat al spaţiului. Modul sedentar de viaţă prezintă un şir deavantaje: orientarea mai uşoară în spaţiu, reducerea consumului de energie lacăutarea hranei, salvarea mai rapidă de duşmani. Dar sedentarismul sporeşte risculiepuizării rapide a resurselor de hrană. în vederea evitării acestui fenomen, spaţiulocupat de populaţie este împărţit în sectoare individuale sau de grup. Reprezentanţiidiferitelor specii îşi manifestă diferit drepturile de proprietar asupra terenuluiocupat. Cele mai răspândite metode de apărare a proprietăţii sunt agresiunea directăasupra intrusului, marcarea prin diferite mijloace a teritoriului ocupat ş.a.

Avantajul animalelor migratoare constă în faptul că ele nu depind de rezerva dehrană de pe teritoriul dat.

2. DINAMICA POPULAŢIILOR

Mecanismele de reglare a efectivului populaţiilor. Teoretic efectivul oricăreipopulaţii poate creşte la nesfârşit. în condiţii naturale el oscilează însă în jurul unuinivel mediu. Abaterile de la acest nivel au o valoare diferită şi sunt condiţionate dedouă grupe de factori: modificatori şi reglatori. Modificatori sunt factorii abiotici aimediului, calitatea şi cantitatea hranei, activitatea duşmanilor etc. De exemplu, în Icondiţii climatice favorabile lăcustele se reproduc în masă, suprapopulând teritoriulocupat de ele. în condiţii nefavorabile efectivul populaţiei se reduce substanţial,uneori până la dispariţia ei de pe teritoriul dat. Factorii modificatori nu reglează însăefectivul populaţiei, ci fac doar ca acesta să oscileze într-o direcţie sau alta.

Funcţia de factori reglatori ai efectivului populaţiilor o exercită factorii biotici(relaţiile inter- şi intraspecifice).

Varietatea relaţiilor interspecifîce. După efectul direct pe care aceste relaţiiîl au asupra indivizilor celor 2 specii, relaţiile interspecifice se grupează după cumeste arătat pe schema 3.4.218

Page 219: Biologie XII

VARIETATEA RELAŢIILOR INTERSPECIFICESchema 3.4

bilateralneutre

bilateralnegative

bilateralpozitive

unilateralneutre şiunilateralpozitive

unilateralpozitive şiunilateralnegative

Relaţii bilateral neutre sunt specifice pentru două specii care nu exercită nicio influenţă una asupra celeilalte. De exemplu, albina este indiferentă faţă de şoarece,şoarecele faţă de râmă, iar râma facă de nevertebratele din sol.

Relaţii bilateral negative (relaţiile de concurenţă) se stabilesc între două specii cucerinţe ecologice asemănătoare. Acest tip de relaţii, mai devreme sau mai târziu, ducela eliminarea unei specii de către cealaltă. Fenomenul a fost demonstrat de G Gauzeîn experimentele cu trei specii de parameci: P. caudatum, P. aurelia şi P. bursaria carese hrănesc cu drojdii şi bacterii. La cultivarea separată fiecare specie creşte numeric,stabilizându-se după atingerea unui anumit efectiv care poate supravieţui în condiţiiledate (fig. 3.13,1, 2, 3). La cultivarea în aceeaşi eprubetă P. caudatum şi P. aurelia, ceade a doua specie, după o perioadă de creştere, a început să se reducă numeric şi în scurttimp a pierit (fig. 3.13, 4). La cultivarea în comun a P. caudatum şi P. bursaria ambelespecii convieţuiau paşnic mult timp (fig. 3.13, 5). Deci, aceste două specii nu suntconcurente: prima se hrăneşte cu bacterii, iar cealaltă - cu drojdii.

200 r

P. aurelia P. caudatum200

100

200

100

150

100

50

P. bursaria °

8 12 16 20 24 8 12 16 20 24 8 12 16 20

a P caudatumb P. aurelia

8 12 16 20 24 a

150

100

50

0

Fig. 3.13. Relaţiile de concurenţă dintre diferite specii de parameci.

a P. caudatum aP, bursaria b

4 8 12 16 20

Imposibilitatea convieţuirii îndelungate a două specii cu cerinţe ecologiceasemănătoare a fost numită regula excluderii concurente sau legea lui Gauze.

219

Page 220: Biologie XII

Deosebit de acută este concurenţa dintre plante, deoarece ele nu pot părăsi=^ locurile de creştere pentru a evita concurenţa. în concurenţa dintre plante supra-

" vieţuiesc indivizii care reuşesc să absoarbă mai multă sevă brută şi să acumulezev^ mai multă energie solară. De exemplu, la cultivarea în comun a două specii dei^ trifoi, prima formează frunze cu peţioli scurţi specia Trifolium repens. în scurt^ timp ea este însă umbrită de Trifolium fragiferum, care are peţioli mai lungi.

La crearea comunităţilor artificiale (a parcurilor, păşunilor artificiale în regiunile de stepăşi deşert) se aleg, în primul rând, specii de plante şi animale care se completează reciproc şi nuconcurează. Astfel se reduce perioada de timp necesară pentru înfiinţarea unor astfel de terenuri.O atare modelare a comunităţilor în baza legilor ecologice a fost numită inginerie ecologică.De exemplu, savanţii ruşi şi turkmeni au proiectat înfiinţarea de păşuni pe terenurile aride dinAsia Mijlocie. Cu acest scop ei au ales specii vegetale care nu concurează între ele: parteaaeriană şi subterană a acestor plante ocupă niveluri diferite.

Cunoaşterea relaţiilor de concurenţă este obligatorie şi în desfăşurarea activităţii deaclimatizare. Ondatra, un animal cu blană preţioasă, a fost adusă în Europa din America deNord. în lipsa concurenţilor naturali - animale ce se hrănesc cu vegetaţie semiacvatică - ondatras-a răspândit pe larg.

Concurenţii plantelor de cultură sunt buruienile, iar ai animalelor agricole pe păşuni erbivoriisălbatici (marmotele, pârşii şi alte rozătoare), lăcustele. De aceea pentru o obţine roade câtmai bogate de culturi agricole şi a spori productivitatea animalelor agricole este necesar de astârpi buruienile şi a reduce numărul rozătoarelor de pe păşuni.

Relaţii bilateral pozitive (simbioza) se stabilesc între speciile care convieţuiesctemporar sau permanent, activitatea lor fiind reciproc avantajoasă. Acest tip derelaţii poate fi neobligatoriu şi obligatoriu. în primul caz, prezenţa parteneruluinu este obligatorie, de exemplu transportarea accidentală a polenului de către uneleinsecte. Dacă cel puţin unul din organismele convieţuitoare nu poate exista desine stătător, avem de a face cu o simbioză obligatorie - mutualism. De exemplu.relaţiile dintre albine şi plantele polenizate de ele, dintre păsări şi plantele cu alecăror fructe acestea se hrănesc, dintre ciuperci şi alge (lichenii), dintre termite -flagelatele din intestinul lor ş.a. De exemplu, termitele produc un ferment carescindează celuloza în zahăr pe care flagelatele nu-1 pot produce. în stare liberiiaceste flagelate nu se întâlnesc. Simbionţii intestinali sunt caracteristici şi altoranimale (rumegătoarelor, rozătoarelor, etc.).

Determinaţi tipul de relaţii stabile dintre rădăcinile leguminoaselor şibacteriile de nodorităţi (fig. 3.14).

220

Page 221: Biologie XII

AFig. 3.14. Nodozităţi pe rădăcinide mazăre (1) şi lupin (2).

Relaţii unilateral neutre şi unilateral pozitive.La acest tip de relaţii se referă comensalismul şiamensalismul. Comensalismul prezintă utilizareaunilaterală de către o specie a alteia fără a-iprovoca daune. De exemplu, hienele se hrănesccu resturile rămase de la masa leilor. în cuiburilepăsărilor, vizuinile rozătoarelor trăiesc un numărmare de celenterate, atrase de microclima acestoradăposturi şi de hrana ce o găsesc aici (resturiorganice în descompunere). Multe din aceste celenterate nu pot fi întâlnite în afaravizuinelor. Plantele epifite (iedera) cresc pe scoarţa arborilor, fără a le aduce daune.

în caz de amensalism, unul dintre parteneri nu se poate dezvolta în prezenţaceluilalt. De exemplu, dezvoltarea plantelor ierboase într-o pădure este oprimatăde coroana arborilor. Pentru arbori vecinătatea plantelor ierboase nu are, însă, niciun rol.

Relaţii unilateral pozitive şi unilateral negative sunt răpitorismul (relaţii detipul răpitor-jertfă) şi parazitismul. Răpitorismul prezintă astfel de relaţii în careindivizii unei specii se hrănesc cu indivizii alteia. Acest tip de relaţii este cel mairăspândit în natură şi se atestă nu numai între animale, dar şi între animale şiplante, de exemplu, între plantele insectivore şi insecte.

Relaţiile de răpitorism duc la dezvoltarea progresivă a ambelor specii antrenateîn această relaţie. Dacă răpitorul se hrăneşte cu animale relativ mari care aleargăbine, opun rezistenţă, se ascund, atunci rămân în viaţă indivizii care fac aceastacel mai bine. în cazul când răpitorul se hrăneşte cu pradă măruntă, puţin mobilă,incapabilă de a se apăra, selecţia are loc după mijloacele de mascare, de apărarepasivă (mimicria, carapacea, cochilia, crusta, ghimpii etc.).

Rezultatul relaţiilor de răpitorism depinde, în primul rând, de raportul cantitatival speciilor antrenate în această relaţie. Dacă răpitorii capturează şi devoreazăjertfa aproximativ cu aceeaşi viteză cu care aceasta se înmulţeşte, atunci efectivul

Fig. 3.15. Os-cilaţia perio-dică a efecti-velor răpito-rului şi jertfei.

221

Page 222: Biologie XII

100806040200

10080604020

r A: . ^

* B /

2

.—

• •

1

2

—•—,

—•_•

! •

r m

10 12 14 16

Fig. 3.16. Reprezentarea grafică a relaţiilor răpitor-jertfă pe exemplul a două specii de parameci P.caudatum (1) şi Didinium nasutum (2) la cultivareape acelaşi mediu (A) şi pe medii separate (B).

ambelor specii se menţine la unnivel relativ constant. Dacă însăprada dă naştere la mai mulţiurmaşi decât reuşeşte să con-sume prădătorul, are loc oexplozie numerică a primei.încă în anii 20 ai sec. XX eco-logul englez Ch. Elton a atrasatenţia la oscilaţiile numericeregulate în sistemul răpitor-jert-fă. Prelucrând datele multi-anuale ale unei companii cana-

diene ce se ocupa cu vânatul animalelor de blană (iepuri, râşi), Elton a observaturmătoarea legitate: după ani „bogaţi" în iepuri urmau ani „bogaţi" în râşi (fig. 3.15).Aceste oscilaţii ale efectivelor răpitorului şi jertfei sale se repetau regulat la anumiteintervale. Concomitent cu Ch. Elton, doi matematicieni A. Lotka şi V. Volterra aucalculat că relaţiile dintre răpitor şi jertfa pot duce la oscilaţia ciclică a efectivuluiambelor specii. Această ipoteză teoretică a fost studiată experimental de G. Gausepe exemplul a două specii de parameci în care jertfă era specia P. caudatum, iarrăpitorul - Didinium nasutum (fig. 3.16).

Studiaţi şi explicaţi după graficul din fig. 3.16 oscilaţiile efectivelorrăpitorului şi jertfei.

Astfel s-a demonstrat practic că relaţiile dintre răpitor şi jertfa pot duce la oscilaţiiciclice ale efectivului ambelor specii. Mersul acestor cicluri poate fi calculat cuprecizie cunoscând caracteristicile cantitative ale speciilor.

Legile interacţiunii cantitative dintre pradă şi prădător au o mare importanţă practică înpescuitul industrial, vânatul sportiv ş.a., cu alte cuvinte în relaţiile omului cu unele specii dinnatură în care el exercită rolul de prădător. Dacă omul nu va ţine cont de urmările activităţilorsale în domeniile enumerate şi nu le va prognoza, rezervele naturale ale multor specii utile potfi epuizate (fig. 3.17).

Nimicirea întâmplătoare sau intenţionată a răpitorilor de asemenea se poate solda cu ocatastrofa ecologică. în astfel de situaţii populaţia jertfei este supusă pieirii din lipsa de hranăpe un teritoriu suprapopulat sau din cauza bolilor infecţioase, care în condiţiile unei densităţimari a animalelor se răspândesc foarte repede. Astfel apare fenomenul „bumerangului ecologic'"când rezultatele se dovedesc a fi diametral opuse celor preconizate. Drept exemplu poate senimicirea vrăbiilor în China. Chinezii considerau că vrăbiile îi lipsesc de o bună parte dirroadă de orez. Pentru a pune capăt acestei nedreptăţi, vrăbiilor le-a fost declarat un adevărrăzboi. Fiecare chinez era obligat să nimicească un anumit număr de vrăbii. Cei ce reuşeau i

222

Page 223: Biologie XII

mln t

2,5 -

1,5

0,5

0,2

2,95

1950 1955 1960ani

1965 1970 1975 1980 1985 1988

Fig. 3.17. Reducerea numărului de peşti ca urmare apescuitului excesiv.

Fig. 3.18. Păduchele ţestos şi bu-buruza Rodolia.

doboare mai multe „trofee" erau premiaţi. în cele din urmă războiul a fost câştigat. în primiiani roadă de orez într-adevăr a sporit, dar mai târziu... Hrana principală a vrăbiilor era nuorezul, ci insectele ce atacau această cultură. în lipsa duşmanului lor principal, vrăbiile, acesteaau început să se înmulţească în progresie geometrică şi în 2-3 ani au distrus complet câmpurilecu orez. Pentru a le veni de hac insectelor, chinezii au început să „importeze" vrăbii, creându-le condiţii favorabile pentru reproducere. Această situaţie şi multe altele pot fi evitate dacă seva ţine cont de legile naturii.

Cunoaşterea răpitorilor unor „duşmani" ai culturilor agricole şi-a găsit aplicare practică.Drept exemplu poate servi utilizarea buburuzei Rodolia în lupta cu păduchele ţestos (fig. 3.18).Acest păduche puţin mobil, care se hrăneşte cu sucul de citruşi, este originar din Australia. în1872 întâmplător a fost adus în California (SUA). Neavând aici duşmani naturali, păduchele s-a înmulţit şi în scurt timp a adus pagube colosale crescătorilor de citruşi. Pentru nimicireaacestuia au fost "importate" din Australia 10 mii de buburuze Rodolia, răpitor ce se hrăneştecu acest păduche. Deja peste câteva luni numărul de afide s-a redus considerabil. Buburuza afost utilizată cu succes şi în alte 50 de ţări cultivatoare de citruşi. întrucât Rodolia este foartesensibilă la noxe, livezile cu citruşi tratate cu chimicale pentru combaterea altor dăunători dinnou au fost invadate de păduchi.

Rolul relaţiilor interspecifice în reglarea efectivului populaţiilor. Datorităacţiunii factorilor biotici, efectivul populaţiilor este readus la nivelul mediu, specificpentru populaţia dată. Acţiunea lor ţine de modificarea densităţii populaţiei şi serealizează după principiul reacţiei inverse: la creşterea densităţii populaţiei seintensifică acţiunea forţelor ce o micşorează. Această reacţie poate fi imediată şiîntârziată. Să analizăm reacţia imediată pe exemplul relaţiei răpitor-jertfâ. Lacreşterea densităţii populaţiei de şoareci, baza nutritivă a unor răpitori, de exemplu

223

Page 224: Biologie XII

a hermelinei, devine foarte bogată. Fiecare hermelină vânează de acum nu unşoarece, ca de obicei, ci 3-4. Astfel hermelinele opresc imediat creşterea de maideparte a efectivului populaţiei de şoareci. Dar nu întotdeauna reacţia imediată arăpitorului poate frâna creşterea numerică a populaţiei jertfei, de exemplu, cândaceasta se înmulţeşte mai repede decât este vânată de răpitor. în astfel de situaţiiacţionează reacţia întârziată a răpitorilor: hermelinele, dispunând de hrană îndeajuns,se înmulţesc în progresie geometrică (de circa 30-50 de ori), ceea ce intensificăacţiunea lor asupra şoarecilor de 120-200 de ori. Dacă nici reacţia întârziată nu-şiatinge scopul, funcţia de reglatori ai efectivului populaţiei jertfei este preluată deparaziţii specializaţi. La o creştere şi mai rapidă a densităţii populaţiei jertfei paraziţiide asemenea îşi pierd rolul reglator. în aceste condiţii creşte probabilitatea izbucniriiunor boli infecţioase, deoarece agenţii patogeni ai acestora se răspândesc mai repedela un contact mai strâns dintre indivizi.

Rolul relaţiilor intraspecifice în reglarea efectivului populaţiei. Dreptexemplu de reacţie imediată a relaţiilor intraspecifice la creşterea efectivuluipopulaţiei poate servi reglarea chimică a densităţii populaţiilor. Astfel, mormolociisecretă în apă o substanţă proteică care reţine creşterea altor mormoloci. Ca urmaremormolocii care au ieşit în acelaşi timp din ou se împart în două grupe dupădimensiuni: mari şi mici. După părăsirea bazinului de către cei mari şi micşorareaconcentraţiei inhibitorului, sporesc şansele mormolocilor mici de a atinge stadiuladult cu condiţia prezenţei algelor - hrana principală a mormolocilor. Gândacii-de-scoarţă emană un miros care ademeneşte alţi indivizi ai populaţiei la un nouloc de hrană. Atacul în comun al mai multor gândaci uşurează doborârea copacului,care încetează să mai elimine răşina dăunătoare pentru gândaci. întrucât gândaciinu suportă mirosul prea puternic al speciei sale, la creşterea densităţii populaţiei oparte din gândaci părăseşte copacul. Secreţia în mediu a substanţelor ce frâneazăcreşterea densităţii populaţiei este caracteristică mai multor specii de plante şianimale acvatice, îndeosebi peştilor.

Studiaţi cu atenţie graficele din fig. 3.19 şi trageţi concluzii despremodificarea natalităţii în funcţie de densitatea populaţiei.

!I

Densitatea populaţiei Densitatea populaţiei

&to

O

Densitatea populaţiei

Fig. 3.19. Trei tipuri de dependenţă a creşterii numerice a populaţiei de densitate.

224

Page 225: Biologie XII

La baza reacţiei întârziate a relaţiilor intraspecifice la creşterea densităţiipopulaţiei stă modificarea natalităţii în funcţie de densitatea populaţiei. Se cunosctrei tipuri ale acestei dependenţe. în cazul primului tip, la creşterea densităţiipopulaţiei natalitatea scade (fig. 3.19, 1). Astfel, în populaţia de piţigoi albastru,la o densitate a populaţiei de 1 pereche la 1 ha femela depune 14 ouă, iar la odensitate de 18 perechi - doar 8. Femela elefantului indian la o densitate joasă apopulaţiei naşte un pui odată la 4 ani, iar la o densitate mare - un pui la 7 ani.Pentru alte populaţii, ritmul de creştere numerică a populaţiei este maxim la valorimedii ale densităţii acesteia (fig. 3.19, 2). De exemplu, la lăstuni numărul de ouăîn pontă creşte în paralel cu creşterea densităţii populaţiei, iar după atingerea unuinivel maxim începe să scadă. Această relaţie dintre natalitate şi densitatea populaţieieste caracteristică pentru animalele care trăiesc în turme, stoluri, cârduri. Se cunoscpopulaţii în care la atingerea unei densităţi maxime natalitatea scade brusc(fig. 3.19, 3). De exemplu, la suprapopularea teritoriului, femelele popândăului,aflate într-o stare permanentă de stres, nu se mai reproduc.

Autoreglarea efectivului populaţiilor. La lăcuste se întâlneşte o formă foarteinteresantă de autoreglare a efectivului în baza transformărilor fiziologice şi decomportament. Unele specii de lăcuste există sub două forme - sedentară şimigratoare - care se deosebesc fenotipic şi comportamental. în anii cu condiţiifavorabile, în legătură cu creşterea densităţii populaţiei, forma sedentară trece încea migratoare, care fiind lacomă, tinde să-şi schimbe permanent locul de trai.Iniţial reprezentanţii formei migratoare se deplasează pe pământ în grupuri mari,iar după dezvoltarea aripilor formează stoluri imense care parcurg distanţe desute şi mii de kilometri. Astfel se evită suprapopularea teritoriului. Dimensiunilestolurilor de lăcuste migratoare, atingând uneori o greutate estimativă de milioanede tone. De cele mai multe ori aceste stoluri poposesc pe terenuri puţin favorabilepentru reproducere şi în scurt timp pier. Invaziile lăcustei migratoare sunt oadevărată catastrofă ecologică nu numai pentru oameni şi semănături, dar şi pentrucea mai mare parte din lăcuste.

Concurenţa intraspecifică joacă un rol important şi în reglarea efectivuluipopulaţiilor de plante. Astfel, la o densitate mare a plantelor, o parte din ele vorpieri inevitabil din cauza oprimării fiziologice de către vecinii mai puternici.

Din cele expuse putem deduce că fiecare populaţie reacţionează în felul său lasporirea efectivului, rezultatul este însă acelaşi: reducerea efectivului în generaţiaactuală sau cele viitoare.

Tipurile de dinamică a efectivului populaţiei. Savanţii delimitează trei tipuride bază ale dinamicii efectivului populaţiei: stabil, fluctuant şi exploziv {fig. 3.20).

Tipul stabil se caracterizează prin oscilaţii neînsemnate ale efectivului populaţieide la valorile medii. Este specific pentru speciile caracterizate prin prolificitateredusă, durată mare a vieţii, grijă de urmaşi, structură de vârstă complexă,mecanisme eficiente de reglare a efectivului. Drept exemplu pot servi populaţiilede mamifere mari şi păsări, precum şi unele populaţii de nevertebrate. Să analizăm15 Biologie, ci. a XII-a

Page 226: Biologie XII

A

un exemplu concret. Femela uliului-păsărilordepune 4-6 ouă. Părinţii nu-i pot asigura pe toţipuii cu hrană, de aceea jumătate din ei pier.Mortalitatea printre adulţi în primul an de viaţăeste înjur de 50%, iar în al doilea - 40%. Duratamedie a vieţii puilor după ce-şi i-au zborul dincuib este de circa 2 ani, maximă - 9 ani.Cuiburile sunt amplasate la o distanţă mare unulde altul. Toate aceste mecanisme fac ca efectivulpopulaţiilor să oscileze în limite insensizabile.

Tipul fluctuant se evidenţiază prin oscilaţiiale efectivului în limite mari. Revenirea efec-tivului populaţiei la starea normală are loc destulde repede datorită eficienţei mecanismelor reg-latoare. Este caracteristic pentru speciile dindiferite grupe sistematice.

Tipul exploziv este însoţit de explozii aleînmulţirii în masă. Efectivul populaţiei revinela nivelul normal pentru specia dată îndată dupăîncetarea acţiunii factorului modificator. O atareoscilaţie a efectivului este caracteristică mai alespentru speciile cu o durată scurtă a vieţii, pro-lificitate sporită, succesiune rapidă a generaţiilor,de exemplu, lăcustele, croitorii lemnului, gân-dacul-de-lemn, unele specii de rozătoare.

Observările au arătat că populaţiile aceleiaşispecii în diferite condiţii prezintă o dinamicădistinctă a efectivului. Fenomenul se explică prinsuperioritatea relaţiilor interspecifice în reglareaefectivului populaţiilor, iar acestea în limitele

arealului speciei nu sunt echivalente. De exemplu, speciile al căror efectiv în condiţiinaturale este reglementat de răpitori, în livezi şi pe câmpuri se înmulţeşte în masă.deoarece numărul răpitorilor este redus.

Nu trebuie trecut cu vederea rolul factorului antropogen în reglarea efectivelorpopulaţiilor diferitelor specii. Dezvoltarea agriculturii a dus la răspândirea pe larga dăunătorilor agricoli. Astfel, lanurile de grâu, de porumb, de floarea-soarelui auasigurat înmulţirea în masă a insectelor ce se hrănesc cu aceste plante. Tipul stabilde dinamică a efectivului acestor populaţii s-a transformat în exploziv, generândun şir de probleme destul de grave.

Tipurile de dinamică aefectivului populaţiilor: A - stabil;B - fluctuant; C - exploziv.

226

Page 227: Biologie XII

1. Definiţi noţiunea de populaţie.

2. Enumeraţi caracteristicele populaţiei ca unitate ecologică şi indiciistructurali ai unei populaţii.

3. Explicaţi noţiunile: populaţie tânără, de vârstă medie, senilă.

4. Analizaţi, după caracteristicile populaţiei, soarta populaţiei umane dinrepublica noastră.

5. Alcătuiţi un eseu la tema "Structura de vârstă a populaţiilor":a) la plante,b) la animale.

6. Explicaţi noţiunile de factori modificatori şi reglatori.

7. Alcătuiţi o schemă ce ar reprezenta structura spaţială a populaţiilor.

8. Enumeraţi tipurile de dinamică a efectivului populaţiei.

9. Analizaţi 5 cazuri de reglare a efectivului populaţiilor la animale.

10. Alcătuiţi o schemă ce ar reprezenta tipurile de dinamică a efectivuluipopulaţiei.

11. Asociaţi noţiunile din cele două coloane.

a) mortalitateb) densitatec) efectivd) natalitatee) ritm de creştere

1. Numărul mediu de indivizipe o unitate de suprafaţă.2. Totalitatea de indivizi pe ounitate de suprafaţă.3. Numărul de nou-născuţiapăruţi într-o unitate de timp.4. Sporul mediu al efectivuluiîntr-o unitate de timp.

12. Completaţi spaţiile libere.După tipul utilizării spaţiului animalele mobile se împart în .

Cele îşi petrec cea mai mare parte a vieţii pe un sector. moduri de repartizare spaţială a speciilorlimitat. Se disting

sedentare. este caracteristică animalelor de talie mică. Orepartizare neuniformă în spaţiu reprezintă . Tipul pulsatileste caracteristicla tipul

_. Folosirea periodică a terenului se referă

13. Enumeraţi avantajele şi dezavantajele modului sedentar de viaţă.

227

Page 228: Biologie XII

ECOLOGIAECOSISTEMELOR

1 BIOCENOZA. ORGANIZAREA STRUCTURALĂ A BIOCENOZEI 2 ECOSISTEMUL.CIRCUITUL SUBSTANŢELOR Şl FLUXUL DE ENERGIE ÎNTR-UN ECOSISTEM.LANŢURILE TROFICE 3 PROPRIETĂŢILE ECOSISTEMELOR. SUCCESIUNEAECOSISTEMELOR 4 AGROCENOZELE Şl AGROECOSISTEMELE

1. BIOCENOZA. ORGANIZAREA STRUCTURALĂ A BIOCENOZEI

în natură fiecare organism este înconjurat de o mulţime de alte organisme.Convieţuirea cu acestea este posibilă numai în cazul stabilirii unor relaţii ce i-arasigura condiţii normale de viaţă, de aceea repartizarea organismelor pe Glob nueste întâmplătoare. Ele formează comunităţi din specii ce pot convieţui, numitebiocenoze.

Biocenoza (din gr. bios - viaţă + ge - pământ şi koinos - folosit în comun) esteo totalitate stabilă, constituită istoriceşte, depopulaţii de plante, animale, ciupercişi microorganisme adaptate la convieţuirea pe un sector omogen. Drept exemplude biocenoză poate servi totalitatea organismelor dintr-o dumbravă, pădure demesteceni sau conifere, de pe o luncă, dintr-un iaz, baltă etc. Componentele uneibiocenoze sxmtfîtocenoza (totalitatea plantelor), zoocenoza (totalitatea animalelor)şi microbiocenoza (totalitatea microorganismelor). Sectorul scoarţei terestre(uscatului sau bazinului de apă) cu condiţii omogene de viaţă, ocupat de o anumuităbiocenoză, este numit biotop (din gr. topos - loc). Hotarele biocenozei se stabilescdupă fitocenoză, deoarece contururile acesteia sunt uşor distinctibile. De exemplu,o pădure de molid poate fi uşor deosebită de una de pin. Mai mult ca atât, fitocenozăeste componentul structural de bază al biocenozei care determină speciile deanimale şi microorganisme ce o populează. Pentru fiecare biocenoză este caracteristicşi un anumit raport cantitativ al speciilor. Cele ce domină numeric sunt desemnateca dominante. Printre acestea se evidenţiază cele care prin activitatea lor creeazăcondiţii favorabile pentru toată comunitatea. Astfel de specii sunt numite edificatoare.Edificatorii de bază ai biocenozelor terestre sunt unele specii de plante: în păduristejarul, în stepă - negară, în mlaştini - muşchiul-de-turbă. Edificatori pot fi şiunele specii de animale. De exemplu, pe teritoriile ocupate de coloniile de marmotăspecia edificatoare este marmota, deoarece anume activitatea acesteia determinăcaracterul landşaftului, microclima şi condiţiile de creştere ale ierburilor. Din

228

Page 229: Biologie XII

componenţa biocenozelor faceparte şi un număr mare de spe-cii puţin numerice. Ele sporescvarietatea legăturilor bioceno-tice şi servesc drept rezervăpentru completarea şi înlocui-rea speciilor dominante. Deci,aceste specii asigură stabilita-tea biocenozei şi funcţionareaei în diferite condiţii.

Structura unei biocenozeeste determinată de varietateade specii din componenţa ei şide repartizarea lor spaţială.

Structura de specie

în funcţie de varietatea despecii din componenţa lor şiraportul numeric al acestora(sau de masă) se disting douătipuri de biocenoze: bogate înspecii şi sărace în specii. Apar-tenenţa biocenozelor la un tipsau altul depinde de mai mulţifactori. Printre aceştia pot fi menţionaţi abaterea factorilor abiotici de la valorileoptimale, vârsta biocenozei. Observările multianuale au arătat că peste tot undeunul sau mai mulţi factori abiotici se abat de la valorile optimale, de exemplu îndeserturile polare, biocenozele sunt sărace în specii. Pădurile tropicale, savanele,pădurile amestecate, recifele de corali etc. sunt biocenoze bogate în specii, deoarecemajoritatea factorilor abiotici se apropie de valorile optimale.

Dependenţa componenţei de specie a biocenozei de vârsta acesteia este evidentă.Cele tinere, în stadiu de formare, cuprind un număr mai mic de specii decât celemature.

Structura spaţială a biocenozeiStructura spaţială a biocenozei este determinată repartizarea pe verticală şi

orizontală a componenţilor ei. La convieţuirea plantelor diferite după înălţime,fitocenoza capătă o structură etajată. Factorul principal care determină repartizareape verticală a plantelor după etaje este lumina (fig. 3.21). Etajul superior este ocupatde plante iubitoare de lumină, adaptate la oscilaţiile temperaturii şi umidităţii aeruluidin acest strat de aer, iar etajele inferioare din plante rezistente la umbră. Astfeletaj area asigură o mai bună utilizare de către plante a fluxului de lumină.

22Q

Fig. 3.21. Repartizarea pe verticală a plantelor dintr-opădure în funcţie de afluxul de lumină.

Page 230: Biologie XII

/g. 3.22. Etajarea vegetaţiei într-o pădure de foioase.

Determinaţi numărul de etaje din pădurea reprezentată în fig.

în păduri sunt răspândite pe larg şi speciile de plante ce nu fac parte dintr-unetaj anume. Este vorba de muşchii şi lichenii de pe trunchiurile arborilor, liane,plantele epifite. în repartizarea rădăcinilor de asemenea se întrezăreşte o etajarecare ţine de adâncimea de afundare a rădăcinilor, amplasarea părţii active asistemului radicular.

Etajarea este caracteristică şi pentru comunităţile de plante ierboase (lunci,stepe, savane), deşi aici ea nu este atât de evidentă şi cuprinde mai puţine etaje.

Determinaţi numărul de etaje într~o stepă de luncă după fig. 3.1

Repartizarea pe orizontală a componenţilor unei biocenoze se reprezintă sub formăde mozaicitate - popularea neuniformă a spaţiului. Mozaicitatea este condiţionată

Fig. 3.23. Etj area vegetaţiîntr-o stepa iluncă.

230

Page 231: Biologie XII

Fig. 3.24. Eta-jarea păsărilorîntr-o pădurede foioase.

de neomogenitatea microreliefului solului, precum şi de activitatea unor animale(muşuroaiele de cârtiţe, bătătorirea păşunilor de către copitate ş.a.) şi ale omului.Animalele aparţin, de regulă, unui anumit etaj al vegetaţiei pe care unele nici nu-1părăsesc. De exemplu, unele păsări îşi fac cuibul numai pe uscat, altele numai înarbuşti sau în coroana arborilor (fig. 3.24).

Nişa ecologică. Poziţia speciei în componenţa biocenozei este numită nişăecologică. Noţiunea de "nişă ecologică" trebuie delimitată de noţiunea "mediu deviaţă". Nişa ecologică reflectă modul de viaţă al populaţiei, funcţiile ei, în timp cemediul de viaţă este adresa ei. De exemplu- în savanele africane speciile înruditezebra, antilopa gnu, gazelele au aceeaşi adresă, însă nişe diferite. Zebrele se hrănesccu vârfurile ierburilor, antilopele - cu părţile plantelor ce rămân după zebre,selectând anumite specii de plante, gazelele - cu cele mai pitice plante. Unelespecii de păsări insectivore se hrănesc pe aceiaşi arbori, însă în nişe diferite: ţoiise hrănesc cu insectele la vedere, iar cojoaicele cu cele ascunse în crăpături.

Comentaţi noţiunea de nişă ecologică după fig. 3.24.

Datorită nişei ecologice se reduce la minimum concurenţa dintre diferite specii.De exemplu, algele roşii fotosintetizează la cele mai mari adâncimi, inaccesibilealtor specii de alge.

231

Page 232: Biologie XII

•"•>,

2, ECOSISTEMUL. CIRCUITUL SUBSTANŢELOR Şl FLUXUL DE ENERGIEÎNTR-UN ECOSISTEM. LANŢURILE TROFICE

Ecosistemul. Totalitatea organismelor convieţuitoare de diferite specii(biocenoza) şi condiţiile lor de existenţă (biotopul) unite într-un tot întreg prinschimbul de substanţe şi fluxul de energie alcătuiesc un ecosistem {fig. 3.25).Componentul viu al ecosistemului (biocenoza) este constituit din populaţiile dife-ritelor specii de microorganisme, fungi, plante şi animale care se hrănesc, se repro-duc şi pier. Cu toate acestea numărul de populaţii într-un ecosistem se află într-unechilibru dinamic, ceea ce asigură existenţa în timp a ecosistemului.

Dimensiunile ecosistemelor pot fi cele mai diferite. Cel mai de proporţie eco-sistem este biosfera care include toate fiinţele vii de pe Terra şi mediile lor deviaţă (litosfera, hidrosfera, atmosfera şi pedosfera). Ecosistemele de dimensiunimai mici corespund zonelor geografice ale uscatului şi Oceanului Planetar, numitebiome. Pe uscat, acestea sunt ecosistemele tundrei, pădurii, stepei, deşertului, iarîn cadrul Oceanului Planetar- ecosistemele zonelor arctică, temperată şi tropicală.Pentru fiecare din aceste ecosisteme sunt caracteristice anumite valori ale princi-palilor factori abiotici care în totalitatea lor alcătuiesc mediul de viaţă la care s-auadaptat anumite specii de plante şi animale.

în limitele zonelor geografice se delimitează subzone, landşafturi cărora lecorespund ecosisteme de dimensiuni şi mai mici. De exemplu, în ecosistemul

mlaştinii acesta poate fi eco-sistemul unei movilite, iar înecosistemul pădurii - un copacdoborât la pământ. Acesta, deregulă, este populat deja deunele specii de insecte. Hifeleciupercilor şi bacteriile distruglemnul, ele înseşi servind cahrană pentru multe specii degândaci şi alte insecte cu carese hrănesc furnicile, gândaciirăpitori. Acest proces continuămai mulţi ani, şi în tot acest timpecosistemul există, schimbân-du-se permanent. Când copaculse va transforma în pleavă, acestecosistem îşi va înceta existenţa,

între ecosisteme nu existăhotare bine delimitate, multeorganisme fiind componenteale mai multor ecosisteme. Deexemplu, larvele unor insecte

Oxigen Bioxid de carbon Natura rocii

Pliuviometric Lumina solară

Humus Natura rocii

Fig. 3.25. Reprezentarea schematică a componentelorunui ecosistem.

232

Page 233: Biologie XII

SOARE

CONSUMATORITERŢIARI

CONSUMATORITERŢIARI

Fig. 3.26. Reprezentarea schematică a lanţurilortrofice dintr-un ecosistem.

terestre se dezvoltă în apă. Pedurata migraţiilor de toamnă şiprimăvară păsările călătoare facparte din diferite ecosisteme.Majoritatea ecosistemelor te-restre se delimitează după spe-ciile vegetale edificatoare. întundră acestea sunt muşchii şiarbuştii, în taiga - bradul, pinul,în stepă - diferite graminee.

Probabil că vă întrebaţi dece anume plantele sunt "faţa"unui ecosistem? Răspunsul laaceastă întrebare îl puteţi afladin noţiunile de lanţ trofic şi reţea trofică, expuse în continuare.

Circuitul substanţelor şi fluxul de energie într-un ecosistem. Existenţaoricărei forme de viaţă impune un aflux permanent de substanţe nutritive şi energiedin afară. Sursa principală de energie pe Terra este Soarele. Plantele verzi, uneleprotiste, bacterii şi cianobacterii fixează o parte din această energie sub formă delegături chimice ale compuşilor organici rezultaţi din fotosinteză. Energia depozitatăîn aceşti compuşi este pusă la dispoziţia plantelor înseşi şi a animalelor ce sehrănesc cu ele în urma procesului de respiraţie. Produsele respiraţiei - dioxidul decarbon, apa şi sărurile minerale - sunt din nou folosite de către plantele fotosin-tetizatoare, realizându-se astfel un circuit continuu al substanţelor. Energia conţinutăîn hrană nu realizează însă un circuit, deoarece cea mai mare parte a acesteia sepierde sub formă de căldură. De aceea condiţia existenţei unui ecosistem este afluxulpermanent de energie din afară. Circuitul substanţelor şi fluxul de energie într-unecosistem presupune prezenţa în cadrul lui a următoarelor componente: elementebiogene, producători, consumatori şi reducători (fig. 3.26).

Savantul rus N. V. Sukaciov a propus pentru desemnarea totalităţii despecii sau depopulaţii legate reciproc şi care populează un anumit teritoriu cucondiţii mai mult sau mai puţin omogene noţiunea de biogeocenoză. Ecosistemulşi biogeocenoză nu sunt sinonime. în ambele cazuri se au în vedere sistemestabile de organisme vii şi mediul lor de viaţă ce interacţionează între ele şi încare se realizează circuitul substanţelor şi fluxul de energie. Deosebirea constăînfăptui că ecosistemul este o structură adimensională, iar biogeocenoză este ostructură strict terestră, cu hotare bine delimitate. Orice biogeocenoză este unecosistem, dar nu orice ecosistem poate fi considerat biogeocenoză.

_.

• - .

233

Page 234: Biologie XII

producător

plantă C02 consumatorsecundar

Fig. 3.27. Lanţ trofic de consum.

producător consumatorprimar

Producători sunt planteleverzi care sintetizează din ele-mente biogene substanţe orga-nice, fixând astfel energia Soa-relui sub formă de energiechimică.

Consumatori ai substanţelororganice produse de planteleverzi sunt animalele. Deosebimconsumatori primari - anima-lele erbivore, şi consumatori se-cundari - animalele carnivore.

Reducători sunt organismelece se hrănesc cu substanţă or-ganică moartă (cadavrele pro-ducătorilor şi consumatorilor,excremente, resturi vegetaleetc.). Ei descompun substanţeleorganice moarte până la sub-stanţe minerale, asigurând astfelîntoarcerea elementelor biogeneîn natura nevie. Rolul de redu-cători îl exercită ciupercile,bacteriile şi alte organisme cese hrănesc cu resturi de planteşi animale (gândaci necrofagi.râme, larvele unor insecte etc. i

Lanţurile trofice. Relaţiiledintre producători, consuma-

tori şi reducători se conturează sub formă de lanţuri trofice care prezintă transferulenergiei conţinute în hrană printr-un şir de organisme pe calea devorării unor speciide către altele. Fiecare verigă a acestui lanţ este numită nivel trofic. în funcţie defaptul care organisme ocupă primul nivel trofic se deosebesc două tipuri de lanţuri]trofice - de consum şi detritale (de descompunere). Lanţurile de consum (fig. 3.2~>încep de la producători, iar cele detritale (fig. 3.28) - de la resturi vegetale şanimale. Lanţurile detritale sunt mai răspândite în păduri, unde o bună parte dumasa vegetală nu este consumată nemijlocit de erbivori, fiind supusă descompuneriişi mineralizării. Un lanţ detrital clasic al pădurilor noastre cuprinde următoareleniveluri trofice:

j consumator! secundar

Descompunători

Fig. 3.28. Lanţ trofic detrital.

Litieră Râmă Mierlă-neagră

Uliulpasărilor

234

Page 235: Biologie XII

întrucât fiecare organism are mai multe surse de hrană şi el singur este folositca hrană de mai multe organisme din acelaşi sau diferite lanţuri trofice, lanţuriletrofice într-un ecosistem se încrucişează, formând o reţea trofică.

Schiţaţi lanţurile trofice care formează reţeaua trofică a unei păduri defoioase după fig. 3,29.

Să analizăm în continuare transferul de energie de la un nivel trofic la altul.Plantele fixează circa 1% din energia Soarelui, din care la animalele erbivore ajungde la 20 până la 60%. Cea mai mare parte din această energie este consumată deerbivore pentru menţinerea activităţii vitale şi doar o mică parte se utilizează pentrucreşterea şi dezvoltarea sa sau se depune sub formă de substanţe nutritive de rezervă.Aşadar, la trecerea de la primul nivel trofic (plantele verzi) la al doilea (animaleleerbivore) cea mai mare parte din energie (~90%) se pierde. Răpitorul, al treileanivel trofic, primeşte doar acea parte din energia depozitată de plante care s-a acumulatîn masa corporală a animalului erbivor. La animalele ce ocupă al patrulea niveltrofic (consumatori terţiari) ajunge doar 0,001% din energia asimilată de plante, dela care a şi pornit acest lanţ trofic. întrucât la trecerea de la un nivel trofic la altul ceamai mare parte din energie se pierde, lanţurile trofice pot cuprinde un număr limitatde niveluri, de obicei 3-5. Energia acumulată în cadrul fiecărui nivel trofic poate fireprezentată grafic sub forma unei piramide, numită piramida energiei lanţului troficdat (fig, 3.30). Această legitate de reducere cu fiecare nivel trofic a cantităţii deenergie ce se transmite nivelului următor a fost numită regula piramidei. Se distingtrei tipuri de piramide ecologice: biomasei, numerelor şi energiei, toate reflectând

3.29. Re-ţea trofică în-tr-o pădure defoioase.

235

Page 236: Biologie XII

î

raporturile dintre nivelurile trofice într-un eco-sistem. Dacă vom compara biomasa unor niveluritrofice consecutive, vor obţine un şir de numeredescrescătoare, fiecare de circa 10 ori mai micdecât cel anterior. Acest şir poate fi reprezentatsub formă de piramidă cu baza lată şi vârful îngust(fig. 3.31, A). De exemplu, biomasa ierburilor ce

au crescut timp de un an în stepă este cu mult mai mare decât biomasa erbivorilor,iar cea a carnivorilor - mai mică decât a erbivorilor. Acest tip de piramidă a biomaseieste caracteristic pentru toate ecosistemele terestre.

Fig. 3.30.

3.5 X 10" j

5,OX1O6J

6,2X107j

2.6 X 10" j

Piramida energiei.

, . - , , - . - : . • . . . •

Reprezentaţi schematic piramida biomaselor unui bazin de apă.

în ocean piramida biomaselor este inversată. Producătorii oceanelor - algeleverzi monocelulare - se divid foarte repede, asigurând o producţie înaltă. Numărullor total este însă mic, ele fiind la fel de repede consumate. Peştii, cefalopodele,crustaceele mari cresc şi se înmulţesc mai încet, şi mai încet sunt consumate deduşmani. Deci, biomasa lor se acumulează. Dacă am putea cântări toate algele dinocean şi toate animalele, am constata că ultimele cântăresc cu mult mai mult.

în lanţurile trofice în care transmiterea energiei are loc, în principal, prin relaţiilerăpitor-jertfă se respectă regula piramidei numerelor (fig. 3.31, B): numărulindivizilor ce alcătuiesc un nivel trofic este mai mic decât în cel precedent. Răpitorii,de regulă, sunt mai mari decât jertfa, de aceea pentru a-şi menţine biomasa fiecarerăpitor trebuie să consume câteva jertfe. Cunoaşterea legilor fluxului de energie încadrul ecosistemelor prezintă o mare importanţă practică. Pe baza lor poate planificaactivitatea gospodărească a omului, evitând subminarea capacităţilor reproductiveale sistemelor naturale şi artificiale.

consumatoriterţiari

consumatorisecundari

consumatoriprimari

A B

Fig. 3.31. Piramide ecologe: A - piramida numerelor; B - piramida biomaselor.

236

Page 237: Biologie XII

3, PROPRIETĂŢILE ECOSISTEMELOR. SUCCESIUNEA ECOSISTEMELOR

Proprietăţile ecosistemelor. Ecosistemele formate pe parcursul evoluţiei lumii viise caracterizează prin stabilitate şi autoreglare de care depinde durata existenţei lor.

Stabilitatea prezintă proprietatea ecosistemului de a face faţă condiţiilornefavorabile. Baza stabilităţii unui ecosistem o constituie completarea reciprocă acomponentelor ei în utilizarea resurselor mediului. De exemplu, într-o pădure defoioase, plantele primului etaj folosesc 70-80% din lumină, cele din etajul doi - 1 0 -20%, iar plantele ierboase şi muşchii se mulţumesc doar cu 1-2% din fluxul delumină. Astfel, completându-se reciproc, plantele folosesc mai eficient luminaSoarelui. La animale completarea reciprocă se manifestă în utilizarea unor sursediferite de hrană, activitatea sezonieră şi diurnă, amplasarea în spaţiu. întrucât nişeleecologice ale multor specii de plante şi animale se întrepătrund parţial, excludereaunei specii sau reducerea activităţii ei nu prezintă pericol pentru comunitate: funcţiaacesteia este preluată de alte specii. De exemplu, în anii ploioşi pe lunci predominăierburile cu rădăcini scurte, iar în anii secetoşi - cele cu rădăcini lungi.

Autoreglarea ecosistemelor constă în menţinerea efectivelor componenţilorcomunităţii la un anumit nivel în baza principiului reacţiei inverse. Perturbareaautoreglării duce la înlocuirea unui ecosistem cu altul.

Amintiţi-vă în ce constă principiul reacţiei inverse şi rolul lui în menţireaefectivului speciei la un nivel constant.

Succesiunea ecosistemelor. Dumbrava, stepa de negară, pădurile de molid dintaiga sunt doar câteva exemple de ecosisteme stabile. în natură se întâlnesc şiecosisteme instabile, precum iazurile mici, luncile umede, păşunile abandonateetc. Treptat, vegetaţia acestor ecosisteme este substituită de alta, apar noi speciide animale care se hrănesc cu noua vegetaţie. în cele din urmă un ecosistem esteînlocuit de altul, proces numit succesiune. în funcţie de starea şi proprietăţilemediului succesiunea poate fi primară sau secundară. Succesiunea/»r/mară începepe locurile lipsite de viaţă: stânci, lava stinsă, dune de nisip etc. Primele carepopulează aceste locuri sunt organismele nepretenţioase faţă de mediu: bacteriile,cianobacteriile, unele specii de licheni etc. Fiecare din aceste specii contribuie înfelul său la valorificarea noilor terenuri. Cianobacteriile fixează azotul din aer,lichenii secretă acizi organici care distrug rocile, iar bacteriile, descompunândcorpul acestor organisme după moartea lor, asigură formarea humusului. Astfeltreptat se formează solul, se schimbă regimul hidric al sectorului, microclima lui.O astfel de succesiune durează mii de ani.

Succesiunea secundară se înregistrează pe locul unor ecosisteme deja formatedupă dereglarea echilibrului acestora ca urmare a eroziunilor, erupţiilor vulcanice,secetei, incendiilor etc. Uneori succesiunea are loc pe durata unei generaţii, deexemplu, înmlăştinirea bazinelor de apă, restabilirea luncilor după incendii, apădurilor după tăieri etc.

237

Page 238: Biologie XII

Succesiunea secundară poa-te fi studiată pe exemplul în-mlăştinirii unui bazin de apă(fig. 3.32). Din cauza insu-ficienţei de oxigen în straturileprofunde ale bazinelor de apăreducătorii nu pot descompunepe deplin resturile de plante.Acestea se acumulează, redu-când adâncimea bazinului deapă. Vegetaţia de pe mal se

Fig. 3.32. Inmlăştinirea unui bazin d e apă. e x t i n d e t o t f f i a i m u l t h ^ ^

de condiţiile mediului şi spaţiul ocupat de bazinul de apă acesta poate fi înlocuitde o mlaştină, o fâneaţă umedă de rogoz, o pădure mlăştinoasă etc. Mlaştina sepoate forma şi pe terenurile defrişate, în depresiuni, unde apele subterane sunt aproapede suprafaţă. Umiditatea sporită a mediului înrăutăţeşte activitatea microorganismelorsolului, inclusiv a bacteriilor de putrefacţie. Drept urmare resturile organice rămânnedescompuse şi se acumulează. Primul semn al înmlăştinirii terenului este formareaunui covor dens de floarea-cucului care reţine o cantitate mare de apă, ceea ce ducela schimbarea regimului hidric şi termic al solului, înrăutăţirea aeraţiei lui. Acestecondiţii sunt favorabile pentru muşchiul-de-turbă, apariţia căruia prevesteşteacumularea turbei şi formarea unei mlaştini.

Substituirea ecosistemelor poate fi iniţiată şi de om prin tăierea pădurilor, secareamlaştinilor, extragerea turbei şi a bogăţiilor subterane, construcţia de drumuri etc.în caz dacă aceste intervenţii nu sunt profunde, ecosistemul se poate autorestabili.Deseori autorestabilirea este frânată de diferiţi factori externi, aşa ca revărsareaanuală a râurilor, aratul câmpurilor etc. Autorestabilirea ecosistemelor poate fiîntreruptă şi de reducerea varietăţii de specii din mediul ambiant. De exemplu,dacă incendiul a distrus suprafeţe mari, autorestabilirea ecosistemelor va fiproblematică din lipsa în apropiere a unei varietăţi de specii vegetale.

4. AGROCENOZELE Şl AGROECOSISTEMELE

Agrocenozele, sau agrobiocenozele, sunt comunităţi de plante, animale, ciupercisau microorganisme create de om în vederea obţinerii de producţie agricolă, cazone de odihnă etc. şi menţinute permanent de către acesta.

•naBMtEnumeraţi câteva exemple de agrocenoze întâlnite în localitateşi lanţurile trofice ce se stabilesc în cadrul acestora.

în agrocenoze ca şi în orice ecosistem natural se stabilesc anumite lanţuri trofice,constituite din producători (plantele de cultură şi buruienile), consumatori (insecte

238

Page 239: Biologie XII

păsări, mamifere rozătoare şi carnivore şi consumatorul principal - omul) şireducători (ciuperci, bacterii). între agrocenoze şi ecosistemele naturale există un -—"!şir de deosebiri esenţiale. în primul rând, în ecosistemele naturale acţionează selecţia ~-naturală. înlăturând formele mai puţin adaptate la mediu, selecţia naturală asigură ^stabilitatea ecosistemului. în agrocenoze acţionează selecţia artificială, dirijată de V ;om în vederea obţinerii unor roade cât mai bogate, de aceea stabilitatea lor este —foarte redusă. Fără ajutorul omului, un lan de grâu sau o grădină de zarzavaturi ;--există doar un an, o păşune 3-4 ani, o livadă 20-30 de ani. Cea de a doua deosebire —constă în utilizarea energiei. Ecosistemele naturale dispun doar de energia Soarelui,în timp ce agrocenozele beneficiază şi de surse suplimentare de energie sub formăde îngrăşăminte, pesticide, irigaţie.

Cea mai esenţială deosebire dintre biocenoză şi agrocenoză constă în bilanţulelementelor nutritive. în biocenoze producţia primară a plantelor (roadă) esteconsumată în numeroasele lanţuri trofice şi se întoarce din nou în circuitul bio-logic sub formă de CO2, apă şi săruri minerale. în agrocenoze acest circuit estedereglat, deoarece omul scoate din circuit cea mai mare parte din roadă. Pentru areface acest circuit, în sol se introduc îngrăşăminte minerale şi organice.

Din cauza biodiversităţii reduse, agrocenozele nu se pot autoregla şi autoresta-bili. Pentru a putea face faţă dăunătorilor şi bolilor, ele au nevoie de ajutorul omului.

în prezent agrocenozele ocupă ~10% din toată suprafaţa uscatului (1,2 mlrd ha)şi dau omului circa 90% din energia alimentară. Avantajul lor incontestabil faţă deecosistemele naturale - posibilităţile nelimitate de sporire a productivităţii - a şi fostscopul urmărit de om la crearea lor. însă acest avantaj poate fi menţinut doar cucondiţia unei griji permanente faţă de fertilitatea solului, aprovizionarea cu apă şielemente minerale, protejarea de boli şi dăunători. Astăzi se acordă o atenţie susţinutămetodelor biologice de combatere a dăunătorilor.

Enumeraţi câteva din metodele biologice de combatere a dăunătorilorculturilor agricole.

Cea mai modernă direcţie în lupta cu dăunătorii constă în menţinerea uneivarietăţi de specii vegetale şi animale pe câmpuri. Chiar dacă o parte din roadă sepierde, se obţine o stabilitate a recoltelor şi se reduce pericolul unor pierderi deproporţie de pe urma înmulţirii în masă a dăunătorilor. Cu acest scop sunt createagroecosistemele - teritorii planificate de om care asigură obţinerea de roade stabileşi întoarcerea componentelor ei pe câmpuri. Agroecosistemele, pe lângă câmpuricu plante de cultură, cuprind păşuni, lunci, complexe zootehnice. Elementelebiogene extrase din sol de către plantele de cultură sunt întoarse împreună cuîngrăşămintele organice şi minerale. Roade înalte se obţin şi pe calea planificăriispeciale a landşafturilor: alternarea câmpurilor, pădurilor, fâşiilor forestiere deprotecţie, bazinelor de apă etc. O atenţie deosebită se acordă alternării culturilornu numai în timp, dar şi în spaţiu:

239

Page 240: Biologie XII

1. Definiţi noţiunile de biocenoză, specie dominantă,biotop, specieedificatoare, nişă, mediu de viaţă.

2. Alcătuiţi o schemă ce ar reprezenta o biocenoză cu componentele ei.

3. Analizaţi o biocenoză din apropiere şi descrieţi-o după următorulalgoritm:

a) structura de specie,b) structura spaţială,c) nişele ecologice ale animalelor.

4. Cauză-efect. Dacă afirmaţiile sunt corecte, notaţi-ie cu litera A, dacă nu- cu litera F.

a) Adus în Australia din Europa, iepurele în scurt timp a invadat păşunile,deoarece în Australia lipseau duşmanii lor naturali -vulpile.

b) Relaţiile de concurenţă se stabilesc între specii cu cerinţe ecologiceasemănătoare, deoarece aceste specii se hrănesc cu acelaşi tip de hrană.

c) în relaţia dintre răpitor-pradă are loc selecţia naturală atât a răpitorului, cât şia prăzii, deoarece rezistă acei răpitori care sunt mai dibaci şi prind indivizii maislabi, bolnavi.

5. Explicaţi prin exemplu noţiunea de explozie numerică a jertfei.

6. Asociaţi noţiunile din coloana A cu exemplele din coloana B,&m mmm «MM* «Bees arase ffiassas n a n «nai mtmt M U mmtm M M * wmmm MIIUI M M wmm c a » MMM M I M tmmm mmtm mmm nrtm ••sas SBESSSS M M » M » M mm

a) Parazitismb) Pradă-răpitorc) Simbiozăd) Comensalism

1. Ascarida şi omul.2. Lupul şi căprioara.3. Lichenii.4. Torţelul şi roşiile.5. Ştiuca şi crapul.6. Crocodilul şi păsărea colibri.7. Bacteriile de nodozităţi şi rădăcinileplantelor leguminoase.

I

,—.—. J

7. Alcătuiţi o schemă ce ar reprezenta noţiunea de biogeocenoză şi deecosistem.

8, a) Completaţi casetele libere din schemă.

b) Alcătuiţi o schemă ce ar elucida i

240

Page 241: Biologie XII

9. Grupaţi noţiunile de mai jos In 3 grupe după un criteriu comun.

8. Căprioara9. Vişinul10. Râma11. Gândacul necrofag12. Buretele de gunoi13. Muşchiul de pământ

1. Producători2. Reducători3. Consumatori4. Vulpea5. Bacterii saprofite6. Bacterii chimiosintetizatoare7. Alge

10. Alcătuiţi schema ce ar elucida regula piramidei ecologice.

11. Explicaţi noţiunile: a) piramida biomaseî; b) piramida numerelor;c) piramida energiei.

12. Alcătuiţi un eseu structurat la tema "Proprietăţile ecosistemelor" dupăurmătorul algoritm:

a) autoreglarea,b) stabilitatea,c) succesiunea primară,d) succesiunea secundară.

13. Compieîaţi tabelul, copiindu-I pe caiet.

ECOSISTEME NATURALE

1. Selecţia naturală

2. Selecţia artificială

3. Stabilitatea

4. Autoreglarea

5. Diversitatea speciilor

6. Implicarea omului

7. Utilizarea energiei H

14. Alegeţi răspunsurile corecte.1. Relaţia pradă-prădător este:

a) o relaţie intraspecifică;b) o formă de relaţii rar întâlnită;c) o reducere numerică a prădătorului urmată de creşterea numerică aprăzii;d) o relaţie ce asigură eliminarea genotipurilor nevaloroase.

2. Succesiunea primară a ecosistemelor:a) începe în locurile lipsite de viaţă;b) are loc pe locul altui ecosistem;c) se datorează activităţii organismelor nepretenţioase;d) durează o perioadă scurtă de timp.

16 Biologie, ci. a XII-a 241

Page 242: Biologie XII

tema,

BAZELE ÎNVĂŢĂTURIIDESPRE BIOSFERĂ

1 BIOSFERA. LIMITELE RĂSPÂNDIRII VIEŢII ÎN BIOSFERĂ 2 CIRCUITELEBIOGEOCHIMICE 3 NOŢIUNE DE NOOSFERĂ 4 ACTIVITATEA OMULUI ŞlBIOSFERA 5 UTILIZAREA RAŢIONALĂ A RESURSELOR NATURALE 6 PĂS-TRAREA BIODIVERSITĂŢII

Habitat

1 BISOFERA. LIMITELE RĂSPÂNDIRII VIEŢII IN BIOSFERA

Părţile învelişurilor geologice ale Terrei populate de organismele vii formeazăbiosfera. învăţătura despre biosferă a fost elaborată de chimistul rus VI. Vernadski.în prezent viaţa este răspândită în partea superioară a scoarţei terestre (litosferă),în straturile inferioare ale învelişului de aer (atmosferă) şi în învelişul de apă(hidrosferă).

Studiaţi după fig. 3.33 relaţiile dintre componenţii biosferei.

în litosferă organismele vii pătrund la o adâncime neînsemnată, concentrându-se, în principal, în stratul de la suprafaţă cu grosimea de câteva zeci de centimetri.

Doar rădăcinile unor plante şirâmele se afundă până la câţivametri. Adâncimi mai mari (2-2,5 km) sunt accesibile doarbacteriilor. Răspândirea vieţiiîn atmosferă este determinatăde înălţimea amplasării stra-tului de ozon (~ 16-20 km).care reţine razele ultraviolete,mortale pentru tot ce-i viu.Majoritatea aerobionţilor sunt]concentraţi în stratul de aer depână la 1-1,5 km. Doar sporiibacteriilor şi ciupercilor se potridica la înălţimi mai mari(^20-22 km). în munţi hotarul

Evaporare Elementeabiotice

Fig. 3.33. Reprezentarea schematică a relaţiilor dintrecomponentele biosferei.

242

Page 243: Biologie XII

de răspândire a vieţii se află la 6 km altitudine. în hidrosferă, spre deosebire delitosferă şi atmosferă, viaţa este răspândită în toată grosimea ei.

Funcţiile biosferei sunt determinate de substanţa vie a acesteia - totalitateaorganismelor vii de pe Terra. Masa substanţei vii (biomasa) a biosferei este estimatăla 2,4 • IO121, dintre care biomasa uscatului constituie 99,87%, iar cea a OceanuluiPlanetar - 0,13%. Acumularea biomasei se datorează activităţii plantelor verzi,însă la reţinerea şi transformarea resurselor energetice create de plantele verziparticipă toată substanţa vie a planetei. Cu toate că masa materiei vii esteincomparabil mai mică decât masa scoarţei terestre, multe din schimbările acesteiasunt cauzate de activitatea ei vitală.

Amintiţi-vă principalii producători de substanţă vie de pe uscat şi dinOceanul Planetar.

Anual plantele verzi produc circa 15-200 mlrd tone de substanţă organică uscată,în partea continentală a biosferei cele mai productive sunt pădurile tropicale,subtropicale şi cele ale zonei temperate.

Substanţa vie a planetei posedă un şir de proprietăţi specifice, dintre caremenţionăm următoarele:

• Substanţa vie posedă o cantitate enormă de energie.• în substanţa vie reacţiile chimice cu participarea fermenţilor decurg de milioane

de ori mai repede decât cele mai rapide reacţii chimice industriale.• Componentele substanţei vii (proteinele, lipidele, acizii nucleici etc.) sunt

stabile numai în organismele vii.• Substanţa vie este mobilă. Vernadski distingea două forme de mişcare: pasivă

- generată de creşterea şi reproducerea organismelor, caracteristică tuturororganismelor vii; activă - realizată de deplasarea organismelor în spaţiu,caracteristică îndeosebi animalelor. Datorită mişcării substanţa vie poate ocupatoate spaţiile libere.

• în biosferă substanţa vie este reprezentată sub formă de corpuri disperse -organisme individuale, dimensiunile cărora oscilează de la 20 nm (unele virusuri)până la 100 m (unii arbori).

• Formele dispersate ale substanţei vii sunt reunite în biocenoze, întrecomponenţii cărora se stabilesc cele mai diferite forme de relaţii, principalelefiind cele alimentare (trofice).

• Capacitatea de reproducere a substanţei vii asigură alternarea continuă ageneraţiilor şi existenţa în timp a vieţii pe Terra.

• Datorită procesului evoluţionist, caracteristic substanţei vii, se exclude copiereaabsolută a generaţiilor anterioare. Această proprietate asigură adaptareaorganismelor la condiţiile schimbătoare ale mediului.

• Substanţa vie, spre deosebire de cea nevie, este antrenată într-un procespermanent de activitate biogeochimică. De exemplu, 1 gde granit arheozoic şi astăzi

243

Page 244: Biologie XII

ÎSOAREi

Organismeautotfofs.Fotosinteză

MATERIE ORGANICĂiPRiMARÂ

fConsum prin ingestiereconversie

Brbivoresinteză

| MATERIE ORGANICĂSECUNDARA

Consum prin ingestiereconversie „_

Carnivore,sinteză

~ - - - ' :TERŢIARĂ

Consum prin ingestiereconversie

Speciaumană.<: ''teză

| MATERIE ORGANICĂ „

SUPERSOR ORGANIZATĂ

Bogatăîn celulozăşi glucide

Bogatăîn proteineşi grăsM

Bogatăîn proteineşi grăsimi

Bogatăîn proteineşi grăsimi

Moarte

Descompunători,• • .

MATERIE ORGANICĂ Li MOARTĂ ,

rămâne tot un 1 g de aceeaşisubstanţă. Masa substanţei vii,rămânând timp de miliarde deani 1 g,a existat prin mijlocireaalternării de generaţii, efec-tuând în tot acest răstimp unlucru geologic. Corespunzătorşi masa substanţei, prelucrate deorganismele vii, depăşeşte cumult propria lor masă.

Pe Terra nu există o altă for-ţă mai activă şi mai puternicădin punct de vedere geologicdecât substanţa vie. Cu par-ticiparea ei se formează căr-bunele, petrolul, gazul naturalşi alte zăcăminte naturale. Ver-nadski evidenţia substanţe bio-gene, substanţe create de viaţă,şi substanţe transformate deviaţă, care constituie rezultatulactivităţii în comun a substan-ţelor vii şi naturii nevii (apabiosferei, solul ş.a.).

Din proprietăţile substanţeivii descind cele cinci funcţii aleacesteia, pe care le enumerămîn continuare:

1. Funcţia energetică - fixarea energiei solare de către substanţa vie. La bazaacestei funcţii stă activitatea fotosintetică a plantelor verzi.

2. Funcţia gazoasă, care reprezintă o anexă a funcţiei energetice. Ca urmare afotosintezei are loc eliminarea şi absorbţia oxigenului, dioxidului de carbon,metanului ş.a.

3. Funcţia de concentrare - extragerea şi acumularea selectivă de către fiinţelevii a elementelor chimice ale mediului ambiant. Drept exemplu pot serviacumularea sărurilor minerale în ţesuturile plantelor, a compuşilor calciului încochilia moluştelor etc. Acestei funcţii se datorează formarea zăcămintelor.

4. Funcţia oxidoreducătoare - transformarea chimică a substanţelor ce conţinatomi cu valenţă variabilă. Reacţiile de oxidoreducere stau la baza oricărui tip demetabolism.

5. Funcţia distructivă - descompunerea substanţei organice după moarte.Această funcţie asigură circuitul biogeochimic al substanţelor.

Proces.•! :••

descompunere

ECHILIBRU FINAL

Fig. 3.34. Transferul de materie şi fluxul de energieîntre componenţii biosferei.

244

Page 245: Biologie XII

Analizaţi după fig. 3.34 transferul de materie şi fluxul decomponenţii biosferei.

2, CIRCUITELE BIOGEOCHIMICE

Elementele chimice din componenţa substanţei vii circulă în biosferă înurmătoarea ordine: din mediul extern în organism şi din organism din nou în mediulambiant. Căile de migraţie ale elementelor chimice realizate prin intermediulorganismelor vii cu participarea energiei solare reprezintă circuite biogeochimice.Să analizăm în continuare circuitul principalelor elemente biogene.

Studiaţi circuitul carbonului după schema din fig. 3.35.

Circuitul carbonuluiCarbonului îi revin 49% din masa substanţei uscate. Ca element de legătură

dintre natura vie şi nevie, carbonul deţine 24,9% din compoziţia globală de atomiai biosferei. El este inclus în circuitul biogeochimic de către plantele verzi încadrul fotosintezei. Sursa de carbon pentru fotosinteză este oxidul de carbon (IV)conţinut în atmosferă sau dizolvat în apă. în componenţa substanţelor organicesintetizate de plante, carbonul se include în lanţurile trofice. întroarcerea lui înatmosferă se face tot sub formă de CO2, rezultat din respiraţie, fermentaţie, ardere.

Urmăriţi după fig. 3.36 circuitul azotului în natură.

Circuitul azotuluiAtmosfera conţine 78,09% de azot molecular sau, altfel spus, deasupra fiecărui

kilometru pătrat de pământ sau apă se află un stâlp de azot cu masa de 8 mln t,inaccesibil organismelor superioare. La baza includerii azotului în procesele vitaleale organismelor vii se află azo-tofixarea: totalitatea proceselorde fixare a azotului molecularatmosferic şi de plasare a lui încomponenţa compuşilor orga-nici. Rolul central în acest pro-ces aparţine bacteriilor azot-fixatoare, care formează urmă-toarele grupe:

- simbiotice - bacteriile dingenul Rhizobium, care în relaţiisimbiotice cu ţesuturile rădăci-nilor plantelor din familia Fa-bacee formează nodozităţi. Se

245

AGENŢI DE DESCOMPUNERE

CARBON !MINERAL |

Fosili-zarea

Fig. 3.3S. Circuitul carbonului în natură.

Page 246: Biologie XII

Denitrificarea

Pseudo-monas

Azotfixarea

N02

RhizobiumAzotobacterClostridium

NO;Asimilarea

NO.

A/2OMfriff-carea

AMINO-ACIZI

NitrosomonasNitrobacter

NH,

Amoni-ficarea

PseudomonasBacilus

Clostridium

Fig. 3.36. Circuitul azotului în natură.

cunosc bacterii simbiotice pen-tru mai bine de 1 300 de speciide plante. Anual aceste bacteriifixează biologic circa 350 mln tde azot;

- azotfixatori liberi, care înfuncţie de necesităţile în oxigense împart în azotfixatori aerobisau asociativi şi azotfixatorianaerobi. Azotfixatorii aso-ciativi asigură fixarea azotuluifără interacţiunea directă cuplantele superioare, activând pesuprafaţa rădăcinii sau în ap-ropierea ei. Cele mai productivebacterii azotfixatoare asociativesunt cele din genul Azotobacter.

Azotfixatorii anaerobi fixează azotul în lipsa oxigenului. Reprezentanţi tipici aiacestui grup sunt unele specii din genul Clostridium.

Azotul fixat de către bacterii este inclus ulterior în componenţa aminoacizilor, acizilornucleici şi a altor compuşi organici. După moartea organismelor aceştia sunt supuşiamonificării. Agenţi ai amonificării sunt diverse specii de bacterii, ciuperci care asigurădegradarea compuşilor organici ce conţin azot până la amoniac. Acesta este supusunor procese de oxidare, de nitrificare, realizate de mai multe specii de bacterii. Uneledintre ele oxidează amoniacul până la nitriţi, altele până la nitraţi. Nitriţii şi nitraţiisunt absorbiţi din sol de către rădăcinile plantelor şi utilizaţi în procesele de sinteză.Reîntoarcerea azotului în atmosferă are loc ca urmare a proceselor de denitrificare:reducerea nitriţilor până la oxizi de azot şi azot molecular. Denitrificarea este cauzată

de nerespectarea procedeelor teh-nologice de prelucrare a solului(aciditatea şi umiditatea excesivăa solului ş.a.) şi activitatea unorspecii de bacterii.

Circuitul oxigenuluiOxigenul este elementul ob-

ligatoriu pentru respiraţia tutu-ror organismelor şi pentru pro-cesele de putrefacţie. Sursaprincipală de oxigen liber suntplantele verzi, iar consumatori

Fig. 3.37. Circuitul oxigenului în natură. ai acestuia toate fiinţele vii. Cir-

246

Page 247: Biologie XII

Fig. 3.38. Circuitul apei în natură.

cuitul oxigenului este destul de complicat {fig. 3.37), el fiind parte componentă amultor compuşi organici şi minerali. După utilizarea lui în procesele de respiraţieel se întoarce în atmosferă sub formă de CO2, utilizat de plantele verzi în procesulde fotosinteză.

Descrieţi după fig. 3.38 circuitul apei în natură.

Circuitul apeiApa reprezintă substratul fundamental al activităţilor biologice, catalizatorul şi

stabilizatorul reacţiilor biochimice. Biosfera conţine circa 1 350 mln km3 de apă,din care cea mai mare parte (-97%) este concentrată în mări şi oceane. Apelecontinentale (fluvii, lacuri, iazuri, ape freatice) constituie 8,3 mln km3, sau numai0,6% din cantitatea totală de apă. Restul apei din biosferă îl reprezintă vaporii dinatmosferă, apa inclusă în biomasa organismelor vii.

3. NOŢIUNE DE NOOSFERĂ

Omenirea, din momentul diferenţierii de la regnul animal, continuă să depindădirect de condiţiile mediului înconjurător. Totodată dezvoltarea intensă a encefaluluişi a reflexelor asigurate de acesta a sporit considerabil capacităţile omului de ainfluenţa direct sau indirect procesele din biosferă. Astăzi omul este un factorimportant al evoluţiei vieţii pe planeta noastră. Amploarea influenţei lui asupraproceselor biosferice a crescut şi mai mult o dată cu perfecţionarea forţelor deproducţie şi centralizarea activităţii economice. Devenind stăpân pe diferite formede energie, omul a schimbat simţitor structura scoarţei pământului şi circuitulbiosferic al atomilor.

Examinând îndeaproape consecinţele activităţii omului contemporan, înte-meietorul ştiinţei despre biosferă V. I. Vernadski a arătat importanţa trecerii de laconcepţia dominanţei asupra naturii la cea de interacţiune cu ea. Astfel a apărutnoţiunea de noosferă (sfera raţiunii), care reprezintă biosfera transformată de

247

Page 248: Biologie XII

raţiunea umană. Astăzi termenul de noosferă este unanim acceptat pe plan mondial,constituind o etapă superioară de interacţiune a societăţii umane cu natura. Trecereala noosferă presupune folosirea raţională şi ştiinţifică a bogăţiilor naturale, fapt cear asigura recuperarea a tot ce a fost sustras din natură. Trecerea biosferei în fazade noosferă cu în îmbinare capacităţile materiale şi intelectuale ale omului facposibilă revenirea la echilibrul dinamic natural.

4. ACTIVITATEA OMULUI Şl BIOSFERA

Activitatea gospodărească a omului şi-a lăsat amprente asupra principalelorînvelişuri ale Terrei.

Poluarea atmosfereiPrincipalul furnizor de poluanţi ai atmosferei sunt întreprinderile industriale.

Ele elimină în atmosferă particule nearse de combustibil, praf, funingine, cenuşă.De exemplu, timp de 24 de ore în centrele industriale se depun ~11 de particule depraf pe 1 km2. Cel mai mult praf elimină în atmosferă uzinele de ciment. în ultimii100 de ani cantitatea de dioxid de carbon în atmosferă s-a mărit cu 10-15%,constituind la finele secolului XX 0,04%. Pe de o parte creşterea conţinutului deCO2 în atmosferă se răsfrânge pozitiv asupra productivităţii plantelor, iar pe dealtă parte generează fenomene globale destul de complexe. Astfel, CO2 lasă sătreacă liber razele de undă scurtă, însă reţine căldura emanată de la suprafaţapământului. Acest fenomen a fost numit efect de seră. Savanţii au calculat cătemperatura Pământului în viitorul apropiat se poate mări cu 0,5-1 °C ca urmare aefectului de seră. Creşterea temperaturii medii anuale în straturile inferioare aleatmosferei poate cauza topirea gheţarilor din Antarctida şi Groenlanda. Aceastava duce la creşterea nivelului Oceanului Planetar, modificarea climei ş.a.

Sporirea conţinutului de praf şi fum în atmosfe-ră provoacă un efect opus. Particulele mecanicereflectă razele solare, sporind astfel capacitatea dereflectare a pământului, coborând temperatura lui.Predominarea acestor procese poate duce la răcireabruscă şi la instalarea unei noi perioadeglaciale. înprezent se studiază bilanţul termic al pământuluiîn perspectiva dirijării lui.

Un poluant chimic periculos al atmosferei esteSO,. El se elimină la arderea cărbunelui,

mln. tone6000

5000-

4000-

3000-

2000-

1000-

Fostul bloc estic

Ţările Industrializate2"

1950 1960 1970 1980 1990 2000ani

Fig. 3.39. Creşterea cantităţii dedeşeuri gazoase.248

petrolului, la topirea fierului, cuprului, la fab-ricarea H2SO4 şi este cauza principală & ploiloracide. Concentraţiile înalte ale acestui gaz, înasociere cu praful şi fumul, generează formareasmogului - ceaţă toxică care înrăutăţeşte brusccondiţiile de viaţă ale oamenilor.

Page 249: Biologie XII

Studiaţi după fig. 3.39 creşterea cantităţii de deşeuri gazoase aruncateîn atmosferă. Propuneţi câteva măsuri de reducere a acestor deşeuri.

Cea mai periculoasă pentru om este poluarea radioactivă a atmosferei. Eaprezintă pericol nu numai pentru sănătatea şi viaţa generaţiilor actuale, dar şi acelor viitoare, fiind una din cauzele principale ale mutaţiilor. Observările au arătatcă în zonele cu o poluare radioactivă moderată creşte morbiditatea prin leucemie.Surse de poluare radioactivă sunt experienţele cu bombele atomice şi de hidrogen.Substanţele radioactive nimeresc în atmosferă şi la fabricarea armei atomice, lafuncţionarea reactoarelor atomice, la dezactivarea deşeurilor radioactive etc. înprezent nu mai trezeşte îndoială faptul că şi cea mai mică doză de radiaţie ionizantăeste periculoasă pentru tot ce e viu.

Destul de periculoasă pentru om şi celelalte fiinţe vii este poluarea aerului cufreoni. Aceştia sunt folosiţi în instalaţiile frigorifere, la producerea semiconductorilor,în sprayuri. în procesul descompunerii freonilor sub acţiunea razelor ultraviolete seelimină clorul şi fluorul care interacţionează cu ozonul. Ca urmare stratul de ozon sepoate micşora. Aceasta va duce la creşterea morbidităţii prin cancer de piele, cauzatde acţiunea razelor ultraviolete care nu vor mai fi reţinute de stratul de ozon. Reducereagrosimii stratului de ozon, apariţia „găurilor de ozon" a fost constatată deasupraAntarctidei, Australiei, Americii de Nord, unor raioane ale Eurasiei.

Poluarea apelorApa este cea mai răspândită substanţă de pe Terra. Astfel, hidrosfera conţine 1,4

mlrd km3 de apă, dintre care apa uscatului constituie doar 90 mln km3. întrucâtmările şi oceanele ocupă 70% din suprafaţa globului, se creează impresia că resurseleacvatice sunt inepuizabile. Se ştie însă că apele sărate ale mărilor şi oceanelor suntfolosite într-un volum foarte limitat de către om, iar obţinerea apei potabile pe contulprecipitaţiilor atmosferice şi a topirii gheţarilor este extrem de limitată. Deficitul deapă potabilă înregistrat în prezent la scară mondială este generat atât de creştereaconsumului, cât şi de poluarea ei.

Cei mai răspândiţi poluanţi al apelor sunt petrolul şi produsele petroliere careajung în apă în timpul accidentelor la transportare. Ele acoperă suprafaţa apei cu opeliculă subţire de circa IO4 cm, împiedicând astfel schimbul normal de gaze dintreapă şi aer. Drept urmare animalele acvatice se sufocă din lipsa de oxigen. Un altpoluant al apelor sunt detergenţii sintetici, utilizaţi pe larg în menaj şi industrie.Concentraţia de detergenţi în apă de 1 mg/l provoacă moartea microorganismelorplanctonice, de 3 mg/l - a dafniilor şi ciclopilor, de 5 mg/l - a peştilor. Detergenţiiîncetinesc cu mult şi procesele de autoepurare a bazinelor acvatice.

Sărurile metalelor grele - plumbul, fierul, cuprul, mercurul - de asemenea suntun poluant foarte periculos. Sursa acestor poluanţi sunt întreprinderile industrialesituate pe malurile bazinelor acvatice. Acumulându-se în corpul animalelor acvatice,aceşti ioni ajung şi în corpul omului, provocând diferite boli grave.

Page 250: Biologie XII

Poluarea apei cu diferite deşeuri industriale şi agricole provoacă „înflorirea apei"^ - un fenomen deosebit de dăunător pentru organismele acvatice. El este cauzat de

acumularea în apă a unor cantităţi enorme de substanţe biogene. Surplusul acestoraasigură înmulţirea în masă a algelor (cianofitelor). întrucât animalele acvatice nureuşesc să le oprească înmulţirea, algele încep să se descompună, eliminând produse

-^ toxice pentru celelalte vieţuitoare. Astfel se manifestă procesele de eutroficare a"s bazinelor acvatice.

Studiaţi după fig. 3.40 creşterea extracţiei de bogăţii subterane şi stabiliţilegătura cu procesele de degradare a solurilor.

Starea solurilorPe parcursul ultimelor secole se constată

degradarea continuă a solurilor. Gradul înalt devalorificare, predominarea în componenţa aso-lamentelor a culturilor prăsitoare şi lipsa măsu-rilor antierozionale corespunzătoare cauzeazăeroziunea solurilor. în ultimii 100 de ani apro-ximativ 2 mlrd ha de pământuri arabile au fostscoase din circuitul agricol ca urmare a eroziuniiacestora.

Pentru republica noastră este caracteristicăeroziunea provocată de apele rezultate de peurma ploilor şi a topirii zăpezilor. Anual acesteape spală cantităţi considerabile de humus, re-ducând astfel substanţial productivitatea pă-mânturilor. O altă cauză a degradării solurilor

3000

2500

2000

1500

1000

1600

1200

800

1900 1920 1940 1960 1980

Fig. 3.40. Creşterea extracţiei debogăţii subterane.

este administrarea nereglementată a îngrăşămintelor minerale şi organice, poluarealor cu deşeuri industriale.

5, UTILIZAREA RAŢIONALĂ A RESURSELOR NATURALE

Fenomenele negative ale activităţii omului enumerate mai sus nu pot fi tratate cuindiferenţă, întrucât ele prezintă un pericol real pentru existenţa de mai departe a vieţiipe Terra. Primul pas în frânarea acestor fenomene şi ameliorarea sănătăţii planeteinoastre 1-a constituit recunoaşterea proporţiilor dereglărilor în echilibrul biosferic.

Conducătorii majorităţii statelor industrial dezvoltate au conştientizat amploareaşi gravitatea consecinţelor acţiunii factorului antropogen. Drept dovadă serveşteparticiparea conducătorilor a 118 state ale lumii la Summitul din 1992. Aici aufost semnate acorduri în vederea reducerii emisiilor de gaze de seră şi au fostluate un şir de măsuri în vederea protecţiei mediului ambiant. în „Declaraţia de laRio" şi „Agenda 21" au fost elaborate principiile directoare referitoare la modul

250

Page 251: Biologie XII

Râu

Aprovizionareacu apă

Fig. 3.41. Tehnologia fără deşeuri de utilizare a apei.

în care ţările ar putea realizadezvoltarea durabilă. în con-formitate cu strategia Dezvol-tării Durabile a Omenirii, seevidenţiază trei aspecte ale so-luţionării problemelor globale:

« tehnico-economic - careprevede planificarea dezvoltăriide perspectivă a ţărilor ţinândcont de caracterul limitat alresurselor naturale;

• ecologo-genetic, legat denecesitatea menţinerii echilib-rului biologic dintre om şi biosferă în condiţiile poluării globale a mediului;

• social-politic, dictat de necesitatea participării civilizaţiei la soluţionareaacestor probleme.

Păstrarea biosferei şi perpetuarea omenirii este posibilă doar cu condiţia aplicăriiîn practică a noilor realizări tehnologice. în prezent au fost elaborate diverse teh-nologii industriale în care sunt prevăzute economisirea resurselor naturale. Dintreacestea pot fi enumerate:

• dobândirea mai completă a resurselor naturale;• folosirea mai raţională a resurselor naturale şi reciclarea deşeurilor obţinute

la prelucrarea lor;• elaborarea şi implementarea (fîg. 3.41) pe larg a resurselor energetice

nepoluante (energia soarelui, vântului, energia cinetică a oceanului, cea aizvoarelor termale);

• reglementarea şi limitarea strictă a eliminărilor poluanţilor.Direcţia principală de dezvoltare a industriei o constituie aplicarea tehnolo-

giilor fără deşeuri. Ele prevăd utilizarea complexă a materiei prime într-un cicluînchis, fără eliminarea apelor reziduale şi fără emisie de substanţe nocive în atmo-sferă.

în agricultură, pentru a ieşi din impasul provocat de efectul negativ al aplicăriiabuzive a pesticidelor, îngrăşămintelor, se cere elaborată şi aplicată în practică ideeaagriculturii durabile. Aceasta trebuie să se bazeze pe păstrarea coraportului dintreramurile economiei naţionale în funcţie de potenţialul schimbului de materie şi energiedin ecosistemele locale.

6. PĂSTRAREA BIODIVERSITAŢII

Fiecare specie reprezintă un produs al evoluţiei şi posedă un genofond irepetabil.De aici şi necesitatea protecţiei oricărei specii şi a ecosistemelor naturale înansamblu. Dispariţia unor specii şi apariţia altora este un fenomen inevitabil şi

251

Page 252: Biologie XII

-150

-125

legic. El are loc la schimbarea condiţiilor clima-tice, landşafturilor, relaţiilor de concurenţă şidecurge foarte lent. Până la apariţia omului, dura-ta medie a vieţii unei specii de păsări era de circa2 mln de ani, de mamifer - 600 mii de ani. Omulînsă a grăbit acest proces (fig. 3.42-3.43). Din1600, când dispariţia speciilor a început să fieconfirmată oficial, au dispărut 94 specii de păsărişi 63 specii de mamifere. Pieirea majorităţiiacestor specii este legată de activitatea omului.

Sarcina principală a protecţiei speciilor rareşi pe cale de dispariţie constă în crearea decondiţii favorabile de viaţă în care specia s-arînmulţi în aşa măsură, încât s-ar exclude peri-colul dispariţiei. Cu acest scop se organizeazărezervaţii naturale, parcuri şi alte arii protejatela nivel de stat.

Pentru a atrage atenţia maselor largi asupra stării dezastruoase a speciilor pecale de dispariţie, acestea se includ în Cartea Roşie. în 1976 a apărut prima ediţiea Cărţii Roşii a Republicii Moldova, iar în 2002 - cea de a doua. Din păcate, ceade a doua ediţie cuprinde un număr mai mare de specii ameninţate cu dispariţia.

-100

-25

Fig. 3.42. Ritmul dispariţiei spe-ciilor.

35

30•ffigS 25to•6

0 20

de s

p(im

ărul

0

A1600-1649

1650-1699

*J1700-1749

1/y

1750-1799

1800-1849

A

1850-1899

1•

1900-1949

y

19502000

Fig. 3.43. Creşterea pe parcursul anilor a numărului de specii dispărute.

252

Page 253: Biologie XII

ternul 31. Definiţi noţiunile de: biosferă, circuit biogeochimic.

2. Enumeraţi componentele biosferei. 21?

3. Alcătuiţi un grafic, o schemă ce ar reprezenta corelaţia dintre: a) biomasă r~\şi suprafaţa oceanului planetar; b) biomasă şi suprafaţa uscatului, ; i .

4. Selectaţi răspunsurile corecte: C_a) Rădăcinile plantelor se afundă în sol până la: a) 5 m; b) 10 km; c)2,5 km; -L,

d) 15 km. _b) Stratul de ozon:

a) reţine razele infraroşii; c) este la înălţimea de (16-20 km);b) reţine razele ultaviolete; d) este la înălţimea de (30-35 km);

c) Selectaţi intrusul: Funcţiile biosferei sunt:a) gazoasă c) oxidoreducătoareb) de dispersie d) de concentrare

d) Biomasă Oceanului planetar constituie:a) 72,2% c) 2%b)0,13% d)15%

e) Selectaţi intrusul:a) în biosferă organismele vii sunt răspândite neuniform;b) în hidrosferă viaţa este răspândită în toată grosimea ei;c) Plantele verzi constituie 5% din biomasă uscatului;d) Animalele şi microorganismele constituie 1% din biomasă uscatului.

5. Alcătuiţi un eseu structurat la tema: „Circuitul substanţelor în natură",a) circuitul H2O c) circuitul N2

b) circuitul O2 d) circuitul C, P

6. Explicaţi noţiunea de noosferă.

7. Analizaţi ce reprezintăa) efectul de seră; c) poluarea radioactivă;b) ploile acide; d) poluarea aerului cu freoni.

8. Enumeraţi poluanţii apeîor şi descrieţi originea lor.

9. Explicaţi noţiunea de dezvoltare durabilă.

10. Analizaţi tehnologiile industriale care urmăresc economisirea resurselornaturale şi legile ce prevăd protecţia mediului.

11. Alcătuiţi un proiect ecologic cu o tematică stringentă. Proiectul trebuiesă conţină:

a) analiză ştiinţifico-ecologică;b) cercetări, proiecte, experimente;c) măsuri concrete de îmbunătăţire a situaţiei, argumentări;d) materiale, postere;e) explicaţii prin calcule, analize, actualitatea temei studiate.

mmmmmm253

Page 254: Biologie XII

1. Andon C, Ciocoi V., PopovE, Ştiinţe ale naturii cu bazele ecologici. Chişinău, Lumina,1994.

2. Biologie/geologie. Editions Casteilla, Paris, 1988.3. Caruzina I. P. Bagele geneticii. Chişinău, Lumina, 1990.4. Ceapoiu N., Citogenetica aplicată în ameliorarea grâului. Ed. Acad. Române,

Bucureşti, 1972.5. Cemova N. M., BâlovaA. M. Ecologie. Chişinău, Lumina, 1992.6. Covic M., Biologie şi genetică medicală. Ed. didactică şi pedagogică, Bucureşti,

1981.7. Gavrilă L, Dăbală I. Genetica diviziunii celulare. Editura Dacia, Cluj-Napoca, 1975.8. Gujov Iu. L. Genetica şi selecţia în practica agricolă. Chişinău, Lumina, 1989.9. Helevin N. V., Lobanov A. M., Kolesova O. F. Culegere de probleme la genetica

generală şi medicală, Cartea Moldovenească, Chişinău, 1996.10. Dicţionar enciclopedic de genetică. Editura ştiinţifică şi enciclopedică, Bucureşti,

1984.11. LobaşevM. E., VatiC. V., Tihomirova M. M. Genetica şi bazele selecţiei. Chişinău,

Lumina, 1973.12. Popa N. Convorbiri despre genetică. Chişinău, Cartea Moldovenească, 1982.13. SliusarevA. A., Jucova S. V. Biologie, Lumina, 1990.14. Vintilă loan. Mutaţii genice. Editura Cereş, Bucureşti, 1981.15. Mhiae-BemrioMoe C. fi FeHeTMKa c ocHOBaMM ceneKU.nn. MocKBa, Bbicwafl i±iKona,

1989.16. EunJ]>K. Hoy3jH>K. BHenqepHaa HacneflCTBeHHocTb, MocKBa, 1981.17,5nonornHecKMM 3Hi4MKnoneflnqecKMM cnoBapb, MocKBa, CoBeTCKaa 3v\uy\vs\onepy\ft,

1989.18. Ei/ionorMH. flofl peflaioţi/ieM ai<a,qeMW<a PAMH, npodpeccopa B. H. flpbirwna,

MocKBa, BbicLuafl wKona, 1998.19. JJaHusn M. TaMHbie Tponbi HocuTenew CMepTM. MocKBa, flporpecc, 1990.20. KupuieHdnam 9\. /?., TeneproHbi - XMMunecKue cpeflCTBa B3auMOflePicTBMfl

>KHBOTHbix. MocKBa, M3,qaTej"ibCTBO HayKa, 1974.21. Jlo6aujee M. E. FeHeTMKa. l/ISflaTenbCTBoneHMHrpaACKoroyHMBepcuTeTa, 1969.22. Medeedee H. H. Beceflbi no 6nonornu nona, MMHCK, 1972.23. PbiOmiH B. H. OcHOBbi reHeTMHecKOM w-i>KeHepnM, MMHCK, 1986.24. IHemyHoe C. H. KnoHupoBaHne reHOB. HOBOCM6MPCK, 1986.25.9\6noKoe A. B., K)cynoeA. F. 3BonKDUMOHHoe yneHne, MocKBa, 1981.28, Xamm O. TeHeTHKa >KHBOTHbix, MocKBa, 1969.

254

Page 255: Biologie XII

Capitolul I. Bazele geneticii şi reproducerea organismelor

r 1. înmulţirea celulelor 4\2. înmulţirea organismelor 14i 3. Dezvoltarea individuală a organismelor 24i 4. Genetica - ştiinţa despre ereditatea şi variabilitatea organismelor 38i 5. Informaţia ereditară şi realizarea ei în celulă 45r 6. încrucişarea monohibridă 54( 7. încrucişarea polihibridă 701 8. Interacţiunea genelor. Moştenirea caracterelor în cazul interacţiunii

genelor 809. Transmiterea genelor plasate pe acelaşi cromozom 8910. Moştenirea caracterelor cuplate cu sexul 97//. Variabilitatea organismelor 10612. Genetica omului 11913. Genetica şi ameliorarea 131

Capitolul II. Evoluţia organismelor pe Terra. Evoluţia omului

; I storia dezvoltării concepţiilor evoluţioniste 1442. Mecanismul evoluţiei 1563. Dezvoltarea vieţii pe Pământ 1744. ()riginea şi evoluţia omului 180

Capitolul IU. Ecologia şi protecţia naturii

1. Ecologia. Obiectul de studiu şi importanţa 1922. Ecologia organismelor 1963. Ecologia populaţiilor 2144. Ecologia ecosistemelor 2285. Bazele învăţăturii despre biosferă 242

Viografie selectivă 254

255


Recommended