Класс Пиявки (Hirudinea)

Полимерные поясковые червеобразные со стабилизированным числом сегментов. Свободноживущие хищники или эктопаразиты, питающиеся кровью других животных. Морские, пресноводные и наземные формы. Настоящие сегменты тела имеют вторичную кольчатость. У настоящих пиявок концы тела снабжены присосками. Целом редуцирован до системы лакун, просветы между органами заполнены паренхимой. Кровеносная система редуцирована в разной степени. Гермафродиты с прямым развитием.

Щетинконосные, древние пиявки, сочетают признаки пиявок и олигохет. У них на передних пяти сегментах тела вместо присосок сохраняются щетинки - остатки параподии, которые вместе с задней присоской служат для прикрепления к телу хозяина. У них сохраняются целом и кровеносная система. Паразитируют на лососевых рыбах.

Тип кольчатые черви представляет в системе животного мира высший уровень организации целомических животных, которые характеризуются наличием вторичной полости тела, выстланной перитонеальным эпителием мезодермального происхождения. Если у плоских червей в процессе эволюции вырабатывается билатеральное строение и происходит глубокая перестройка и начальное становление систем органов, то у аннелид впервые появляется набор всех систем органов, которые присуще высшим группам организмов. Черты их организации прослеживаются у всех последующих типов животных, включая и хордовых.

Кольчатые черви представляют важное звено в трофических цепях. Полихеты принимают участие в переработке морского органического вещества. Интродуцированные виды используются как кормовая база для рыб. Пресноводные олигохеты - трубочники, заглатывая грунт, способствуют минерализации органического вещества и биологической очистке водоёмов. Энхитреиды, обладая высокой плотностью на 1 кв.м

почвы и питаясь органическими остатками, наряду с дождевыми червями участвуют в почвообразовании. Среди дождевых червей встречаются почвенные, древесные и полуводные обитатели.

Пиявки известны как хищники и эктопаразиты. На сиговых рыбах паразитируют щетинконосные пиявки. Существенный вред рыбному хозяйству могут причинять некоторые хоботные пиявки, иногда хоботные пиявки могут переходить к паразитированию на теплокровных животных, проникая в различные полости тела, связанные с внешней средой. Из челюстных пиявок можно назвать конскую, большую ложноконскую. Медицинские пиявки обитают в пресных водоёмах и в естественных условиях сосут кровь различных теплокровных животных. Этот вид специально разводят и содержат в лабораторных условиях для медицинских целей и используют, главным образом, при повышенном давлении (гипертонии). Из слюнных желез этой пиявки добывают гирудин как ценное лечебное и профилактическое средство. В тропических лесах обитают сухопутные пиявки, нападающие на людей и других млекопитающих с почвы и деревьев. Эти виды могут вызывать сильное кровотечение после укуса. В природе пиявки играют роль фактора естественного отбора.

№82 Доказательства роли ДНК как материального носителя наследственности. Структура ДНК, объясняющая ее роль как материального носителя наследственности.

Молекула ДНК была открыта И.Мишером (Швейцария, 1869) в клеточных ядрах. Позднее было установлено, что ДНК составляет основу хромосом ядра.

В 1943 году О. Т. Эвери, К. МакЛеод, М.МакКарти обнаружили, что ДНК, выделенная из вирулентного штамма бактерии Streptomyces pneumo-пше, переводила невирулентный штамм этой бактерии в вирулентную форму. Значит, ДНК, выделенная из вирулентного штамма, несет наследуемую генетическую информацию, дающую признак вирулентности; эта информация включается в ДНК невирулентных клеток реципиента.

Тщательный анализ ДНК самых различных организмов показал, что количественное соотношение отдельных оснований в молекуле ДНК варьирует в широких пределах, но при этом всегда сохраняется соотношение 1: 1 между А и Г, с одной стороны, и Г и Ц - с другой.

Обобщив результаты многочисленных исследований молекул нуклеиновых кислот, Э.Чаргафф сформулировал следующие правила:

1) препараты ДНК, полученные из разных тканей одного и того же вида, имеют одинаковый нуклеотидный состав;

2) нуклеотидный состав у разных видов неодинаков;

3) нуклеотидный состав ДНК у данного конкретного вида не меняется с возрастом организма;

4) число адениновых остатков в любой молекуле ДНК независимо от видовой принадлежности организма равно числу тиминовых остатков, а число гуаниновых остатков равно числу цитозиновых остатков.

Молекула ДНК, согласно модели Дж.Уотсона и Ф.Крика (Великобритания, 1953), представляет собой две полимерные цепочки, закрученные одна вокруг другой в виде спирали. Модель состоит из двух цепей ДНК, закрученных в спираль вправо вокруг одной оси с образованием двойной спирали

Оказалось, что две противоположно направленные (антипараллельные ) (их 5'и 3'-межнуклеотидные мостики направлены в противоположные стороны) цепи ДНК спирально переплетаются; они удерживаются между собой азотистыми основаниями А―Т и Г—Ц. При этом пуриновые основания связаны слабыми водородными связями с пиримидиновыми основаниями. Этими же связями удерживаются вместе две цепи всей молекулы.

Аденин всегда связан с тимином (А + Т), а гуанин с цитозином (Г+Ц). Эти пары азотистых оснований, дополнительны (комплементарны) по отношению друг к другу. Дополнительны и обе цепочки молекул ДНК. Схематически молекула ДНК может быть изображена в виде винтовой лестницы, ступени которой — это пары азотистых оснований, а боковые стороны — молекулы дезоксирибозы и фосфорной кислоты.

Расстояние между нуклеотидами 3,4 А, диаметр двойной спирали равен 20 А.

Один полный оборот спирали включает 10 нуклеотидов и занимает расстояние 34 А.

Молекула ДНК на всем протяжении состоит из параллельных нитей и имеет поперечник, равный 20А. Это возможно только благодаря тому, что пуриновые основания, имеющие длину кольца 12 А, соединяются с пиримидиновыми основаниями с длиной кольца 8 А.

С помощью модели Уотсона — Крика удалось объяснить многие важные биологические свойства ДНК, эта модель общепризнанна.

Одно из важнейших свойств ДНК — это способность ее к самоудвоению (репликации). В течение двух клеточных поколений ДНК хромосом Еscherichia coli метили радиоактивным изотопом водорода — тритием (³Н-тимидином). На полученных радиоавтографах были видны нити ДНК в момент раскручивания (V-образная форма) и образование новых двойных цепей.

Убедительные доказательства самокопирования ДНК были также получены в опытах с выращиванием бактерий в среде, содержащей тяжелый азот (¹⁵N). В азотистых основаниях ДНК таких бактерий через некоторое время обычный азот ¹⁴N был полностью заменен изотопом ¹⁵N. Тогда бактерии, содержащие тяже­лую ДНК, переносили в среду с ¹⁴N, где они некоторое время росли. Очевидно, на этой среде вновь синтезированная ДНК бактерий должна содержать обычный азот ¹⁴N и быть легкой. Исходя из гипотезы Уотсона — Крика о репликации ДНК путем разделения цепей, можно было предполагать, что плотность молекулы ДНК в различных генерациях бактерий будет неодинаковой.

В первом поколении потомство перенесенных бактерий должно иметь ДНК средней плотности, так как ее молекулы «гибридные»: они состоят из одной тяжелой и одной легкой цепей. ДНК, выделенная из бактерий второго поколения, должна представлять собой смесь молекул двух плотностей. Та половина ДНК, которая составлена из двух легких цепей, должна иметь нормальную плотность, а та, в состав которой вошла одна тяжелая и одна легкая цепь, должна быть полутяжелой.

ДНК из бактерий второго поколения была путем центрифугирования разделена на две фракции: одна из них в сравнении с тяжелой родительской действительно оказалась легкой, вторая — полутяжелой.

Таким образом, поведение ДНК в точности соответствовало предсказаниям, сделанным на основе гипотезы Уотсона — Крика.

ДНК – основной материальный носитель наследственности.

Доказательства важнейшего генетического значения ДНК были получены в результате анализа многих факторов и специально поставленных опытов. Почти вся ДНК находится в хромосомах. В различных организмах содержится разное количество ДНК. Но у одного и того же организма в различных клетках (их ядрах) ее количество одинаково, хотя сами клетки значительно различаются по своему химическому составу.

Количество ДНК в половых клетках в два раза меньше, чем в соматических. При образовании гамет оно уменьшается ровно наполовину и точно восстанавливается в зиготе. Соответственно изменению числа хромосом изменяется количество ДНК в соматических и половых клетках. Таким образом, изменение в клетках количественного содержания ДНК регулируется процессами мейоза и оплодотворения. Это указывает на прямую связь ДНК с размножением организмов.

Мутагенное действие различного рода излучений и химических веществ на организмы связано в первую очередь с изменением ДНК. Так, было установлено, что спектр мутагенного действия ультрафиолетовых лучей соответствует спектру их поглощения ДНК и не соответствует спектру поглощения хромосомных белков. Белки поглощают ультрафиолетовые лучи в диапазоне 180 нм, а ДНК — 260 нм (в том диапазоне, в котором эти излучения вызывают больше всего наследственных изменений). При действии лучей Рентгена на чистые препараты ДНК ее молекулы разрушались. Горчичный газ (иприт) и некоторые другие химические мутагены оказывают на ДНК значительно большее химическое действие, чем на белок и другие вещества клетки.

Важнейшее свойство клетки — способность ее к самовоспроизведению. Но, кроме ДНК, ни один составной компонент клетки, в том числе и все белки, таким свойством не обладают. Способность молекул ДНК к саморепродукции имеет непосредственную связь с клеточным делением и размножением организмов. Молекулы ДНК в сравнении с белковыми обладают огромной устойчивостью. С этим свойством ДНК связано большое постоянство наследственности. Прямым доказательством генетической роли ДНК служат опыты по бактериальной трансформации.

Трансформация. В 1928 г. английский бактериолог Ф. Гриффите наблюдал изменение наследственных свойств бактериальных клеток пневмококков под влиянием какого-то вещества, выделяющегося из других клеток. У пневмококков Diplococcus pneumoniae имеется два штамма, хорошо различимых по внешнему виду и болезнетворным свойствам. Клетки одного из них (5-штамм) заключены в капсульные оболочки, состоящие из полисахаридов, отличаются высокой вирулентностью и вызывают у некоторых млекопитающих тяжелое заболевание — инфекционную пневмонию. Клетки другого штамма (S-штамм) не имеют капсульных оболочек и невирулентны. В опытах Гриффитса мыши, которым вводился вирулентный штамм, погибали. При введении невирулентного штамма они оставались живыми. Клетки вирулентного штамма, предварительно убитые нагреванием, также не вызывали заболевания.

Казалось бы, ничего нового этот опыт дать и не мог. Но совершенно неожиданные результаты были получены у четвертой группы мышей, которым вводили смесь невирулентных и вирулентных, но убитых нагреванием клеток. Эти мыши заболевали инфекционной пневмонией и также погибали, как и мыши первой, группы, которым вводился вирулентный штамм. В выделениях таких больных животных обнаруживались капсульные вирулентные клетки пневмококков. Следовательно, взаимодействие невирулентных и убитых нагреванием вирулентных клеток восстанавливало свойства и внешние признаки последних. Происходила трансформация — передача особенностей одних клеток другим. Самое интересное в этих опытах заключалось в том, что трансформация происходила под влиянием какого-то вещества небелкового характера, поскольку клетки донора предварительно были убиты.

В начале 30-х годов в ряде опытов была показана возможность трансформации вне организма (in vitro), прямо в пробирке. В одном из таких опытов капсульные клетки пневмококков разрушали и смешивали с бескапсульными клетками. Через некоторое время в результате совместного выращивания некоторая часть бескап-сульных клеток превращалась в капсульные и приобретала свойство вирулентности. В последующие годы от одних видов бактерий другим передавали способность образовывать какой-либо белок-фермент, катализирующий в клетке определенный, химический процесс. Таким образом, в различных опытах по трансформации под влиянием какого-то вещества у бактерий происходило направленное изменение определенного наследственного свойства.

Ответ на вопрос, что представляет собой это вещество, посредством которого осуществляется бактериальная трансформация, был дан в 1944 г. в экспериментах американских микробиологов-генетиков под руководством О. Эвери. Продукты разрушенных капсульных клеток бактерий были ими разделены на различные химические компоненты, каждый из которых оценивался на способность вызывать трансформацию признака кансульности. Приэтом обнаруживалось, что только одно вещество обладало способностью превращать бескапсульные клетки в капсульные. С помощью химических методов было показано, что этим веществом, обладающим высокой трансформирующей активностью, является чистая ДНК- Опыт, произведенный в лаборатории Эвери, был многократно повторен в отношении трансформации признака капсулыюсти и многих других наследственных признаков у бактерий и получил полное подтверждение.

Путем бактериальной трансформации в пробирке неустойчивые к стрептомицину клетки пневмококков были превращены в стрептомициноустойчивые. У этого вида микроорганизмов имеются два штамма, по-разному реагирующих на стрептомицин: один в присутствии его в среде погибает, клетки другою могут нормально расти. Клетки стрептомициноустойчивых пневмококков разрушили в пробирке, и из них выделили ДНК. После добавления такой очищенной ДНК в среду, на которой развивались неустойчивые к стрептомицину пневмококки, некоторые из них приобретали наследственную устойчивость к этому антибиотику. Таким образом, во всех случаях бактериальной трансформации направленное изменение свойств бактерий вызывала ДНК. В то же время попытки вызвать бактериальную трансформацию другими химическими веществами, входящими в состав клетки, оказались совершенно безрезультатными.

В настоящее время изучено много случаев бактериальной трансформации и во всех из них точно установлено, что изменения признаков происходят благодаря ДНК. Открытие Эвери и его сотрудников имело для последующего развития генетики выдающееся значение. Установление связи ДНК с наследственными свойствами клетки положило начало изучению закономерностей наследственности и изменчивости организмов на молекулярном уровне.

ДНК и вирусы. Вирусы — это внутриклеточные паразиты животных, растений и бактерий. Вирусы, поражающие бактерии, называют бактериофагами или просто фагами (в буквальном переводе «фаг» — пожиратель бактерийу). Вирусы состоят из белковой оболочки, заполненной молекулой нуклеиновой кислоты. В химическом отношении они представляют собой нуклеопротеиды. Частицы одних вирусов содержат ДНК, в состав же других входит только РНК. В последнее время были открыты РНК-ДНК-со-держащие вирусы. Их геном состоит попеременно из РНК и ДНК. Для изучения свойств нуклеиновых кислот и явлений наследственности на молекулярном уровне наиболее широко были использованы фаг Т2, размножающийся внутри клеток кишечной палочки Еscherichia coli, и вирус табачной мозаики (ВТМ). Частица фага Т2 состоит наполовину из ДНК и наполовину из различных, белков. При сильном увеличении у него хорошо различается шестиугольная головка и нитевидный хвост, в конце его имеется пластинка, к которой прикрепляются хвостовые нити. Внутри головки помещается туго скрученная в спираль очень длинная нить ДНК.

Атакуя бактерию, фаг «садится» хвостом на нее и хвостовыми нитями прикрепляется к ее поверхности. Вслед за этим он впрыскивает в клетку-хозяина свою ДНК. Белковая оболочка фага при этом остается на поверхности клетки. Попав внутрь клетки, ДНК фага парализует нормальную работу клетки, клеточная ДНК распадается, и синтез белков в ней прекращается. Весь контроль над биохимическим аппаратом клетки переходит к вирусной ДНК, которая полностью переключается на производство белковых молекул, необходимых для репродукции новых вирусных частиц, С огромной скоростью ДНК вируса начинает «штамповать» себе подобные структуры: примерно за 20 минут образуется несколько сотен новых зрелых частиц фага. Они переполняют клетку, оболочка ее разрывается, и частицы фага, выходят во внешнюю среду, готовы поражать новые бактериальные клетки.

Очень наглядно и точно генетическая роль ДНК была установлена Херши и Чейз благодаря использованию изотопной метки при изучении размножения фага Т2. Белок фага был помечен радиоактивной серой (³⁵S), а ДНК — радиоактивным фосфором (³²Р).

Такой препарат фага смешивали с суспензией бактериальных клеток. После этого в потомстве фага с помощью специальных счетчиков радиоактивности прослеживали распределение метки. Оказалось, что новые фаговые частицы содержали только испускавший β-излучение радиоактивный фосфор, которым была помечена ДНК. Меченый белок родительского фага дочернему поколению не передавался. ³⁵S ни у одной частицы в белковой оболочке не содержалась.

Вирус табачной мозаики устроен предельно просто. Он имеет палочковидную форму и состоит из длинной нити РНК, на которую нанизано несколько сотен совершенно одинаковых белковых молекул. РНК у ВТМ выполняет ту же функцию, что ДНК у фагов и других вирусов. Если РНК этого вируса отделить от своего белкового «футляра» и ввести внутрь клетки растения, то произойдет заражение и образуются новые многочисленные частицы фага. Встряхивая в водном растворе фенола суспензии частиц фага, отделяют РНК вируса от его белка. Затем заражают листья табака отдельно каждым компонентом. При этом оказывается, что белковая часть заражения не производит, а втирание в листья РНК вызывает заболевание, сопровождающееся образованием в клетках новых частиц вируса.

Опыты с фагом Т2 и ВТМ убедительно доказывают, что материальная преемственность между заражающей частицей и ее потомками обеспечивается исключительно посредством проникающей в бактериальную или растительную клетку ДНК или РНК.

Трансдукция. Поражая бактерию, фаг не всегда ее уничтожает. Иногда процесс вирусной инфекции протекает иначе, чем это было описано выше. ДНК фага, попав в клетку, может прикрепляться к бактериальной хромосоме и образовывать так называемый профаг. Он может делиться вместе с бактериальной хромосомой и при соответствующих постоянных внешних условиях в течение длительного времени передаваться от одного клеточного поколения другому. Но условия могут измениться так, что начнется репродуцирование частиц фага, и клетка погибнет. При этом, отдельные фаговые частицы, как это показали в 1952 г. Н. Циндер и Дж. Ледерберг, в процессе размножения могут случайно захватывать очень небольшие кусочки, хромосомы клетки-хозяина и переносить вместе с ними гены из одной клетки в другую. Такой перенос фагами генетического материала из одних клеток в другие называется трансдукцией (от лат. transductio — перенос). Прикрепляясь к какой-нибудь другой бактериальной клетке, фаг вместе со своей ДНК впрыскивает в нее и этот, захваченный ранее фрагмент. Попав в клетку, такой фрагмент в результате кроссинговера может оказаться в хромосоме бактерии. Если фаг выращивался на одном бактериальном штамме, а затем трансдуцировал другой штамм, генотип последнего может измениться.

Таким образом, совокупность всех полученных в описанных исследованиях данных убедительно показывает, что ДНК — это химическое вещество, в котором организм сохраняет свои наследственные свойства, т. е. наследственная информация организма записана в структуре молекул ДНК.

№ 83 Способы размножения грибов. Вегетативное, бесполое и половое размножение.