Готовимся к экзамену

Определения и обозначения

Клетка — структурная и функциональная единица живых организмов. В ней есть мембрана, цитоплазма и наследственный материал; у многих клеток также имеются ядро и органоиды. Клеточные структуры обеспечивают обмен веществ, получение энергии и выполнение других жизненных процессов. Поэтому изучение клетки помогает понять, как устроен организм.

Обмен веществ — совокупность процессов поступления, преобразования и использования веществ и энергии организмом. Вещество может стать частью клетки или быть расщеплено, а высвобожденная энергия используется для её работы. Обмен связывает организм с окружающей средой и поддерживает его жизнедеятельность. Без этих процессов невозможно ни развитие, ни сохранение клеточных структур.

Наследственность — способность организмов сохранять и передавать потомству признаки. Информация о многих признаках записана в ДНК и передаётся при размножении. Благодаря наследственности потомки имеют сходство с родителями. Это понятие нужно, чтобы объяснять преемственность поколений.

Изменчивость — способность организмов приобретать различия. Она бывает наследственной, если связана с изменениями генетического материала или его сочетаний, и ненаследственной, если возникает под влиянием условий среды и не передаётся потомкам как изменение ДНК. Изменчивость объясняет разнообразие особей. Наследственные различия могут стать материалом для эволюции.

Как это устроено

Жизнь изучают на нескольких уровнях: молекулярном, клеточном, организменном, популяционно-видовом и экосистемном. Молекулы образуют клеточные структуры, а клетки объединяются в организм; организмы одного вида взаимодействуют в популяциях. Популяции вместе с другими организмами и средой образуют экосистемы. Поэтому явление на одном уровне может влиять на следующий: например, изменение ДНК способно изменить белок и признак организма, а затем повлиять на популяцию.

Строение клеточной части связано с её работой: мембрана отделяет клетку от среды и регулирует обмен, а рибосомы собирают белки. У эукариот наследственный материал в основном находится в ядре, а мембранные органоиды разделяют процессы по участкам клетки. У прокариот оформленного ядра и таких мембранных органоидов нет, поэтому их строение проще. Однако у обеих групп есть мембрана, цитоплазма, ДНК и рибосомы — основы клеточной жизнедеятельности.

Обмен веществ включает реакции синтеза и распада. При фотосинтезе энергия света используется для образования органических веществ из углекислого газа и воды, поэтому энергия запасается в химических связях. При клеточном дыхании органические вещества расщепляются, и часть их энергии становится доступной клетке. Она расходуется, например, на синтез молекул и транспорт веществ, а не возникает из ничего.

ДНК хранит последовательность, в которой зашифрована наследственная информация. При реализации этой информации сначала на основе участка ДНК синтезируется иРНК, а затем рибосома использует её последовательность для сборки белка. Белки выполняют структурные и регулирующие функции, поэтому особенности их работы могут проявляться в признаках организма. Эта связь объясняет, почему изменение ДНК иногда приводит к изменению признака, хотя результат зависит и от других генов, и от условий среды.

Для эволюционных изменений необходимы различия между особями, в том числе наследственные. Борьба за существование означает, что ресурсы ограничены и не все организмы одинаково успешно выживают и размножаются. Естественный отбор приводит к тому, что особи с наследственными преимуществами в данных условиях чаще оставляют потомство. Поэтому со временем меняется состав популяции, а не происходит целенаправленное превращение отдельного организма.

Ключевые процессы и понятия биологии

Используйте таблицу, чтобы сравнивать процессы по месту, результату и ключевому различию. При подготовке к заданию сначала определите, о каком процессе идёт речь, а затем проверьте его результат. Так проще не смешать процессы с похожими словами или общей связью с клеткой.

Разбор задач

Задача 1. Установите соответствие между органоидом клетки и его функцией: рибосома, митохондрия, хлоропласт, аппарат Гольджи. Нужно не просто вспомнить названия, а связать функцию со специализацией каждой структуры. Сначала определите, какой процесс описан в вариантах ответа.

1. Рибосома собирает белки из аминокислот, поэтому ей соответствует синтез белка.
2. Митохондрия участвует в клеточном дыхании, а хлоропласт — в фотосинтезе.
3. Аппарат Гольджи изменяет, сортирует и упаковывает вещества для использования или перемещения.

Ответ: рибосома — синтез белка; митохондрия — клеточное дыхание; хлоропласт — фотосинтез; аппарат Гольджи — обработка и упаковка веществ. Проверьте, что функции не перепутаны: синтез белка происходит на рибосомах, а не в аппарате Гольджи. Митохондрии и хлоропласты связаны с разными энергетическими процессами.

Задача 2. В цепи ДНК дана последовательность нуклеотидов. Требуется определить последовательность комплементарной цепи, а затем соответствующую последовательность иРНК. В условии должна быть указана исходная цепь и направление записи; ниже показан порядок действий на примере цепи АТГЦ. При записи иРНК учитывайте, с какой цепи ДНК она синтезируется.

1. Для комплементарной цепи замените каждый нуклеотид парным: А — Т, Т — А, Г — Ц, Ц — Г. Для АТГЦ получится ТАЦГ.
2. Если исходная цепь дана как кодирующая, последовательность иРНК совпадает с ней, но Т заменяется на У: АУГЦ. Если исходная цепь матричная, иРНК комплементарна ей, причём вместо Т в РНК ставится У.

Ответ: комплементарная цепь к АТГЦ — ТАЦГ; иРНК зависит от того, какая цепь задана как исходная. Уточните это по формулировке задания: без указания цепи нельзя однозначно выбрать последовательность иРНК. В любом случае в иРНК не должно быть тимина.

Задача 3. После применения инсектицида в популяции насекомых увеличилась доля устойчивых особей. Объясните изменение с позиций эволюции. Сам факт, что насекомые подверглись воздействию, не означает, что каждый организм приобрёл устойчивость. Нужно разделить появление различий и действие фактора среды.

1. До применения инсектицида в популяции существовали наследственные различия; часть особей могла иметь устойчивость.
2. Инсектицид стал фактором отбора: восприимчивые особи чаще погибали, а устойчивые чаще выживали и размножались.
3. Устойчивые особи передавали соответствующие наследственные особенности потомству, поэтому их доля в следующих поколениях выросла.

Ответ: изменение объясняется естественным отбором наследственно устойчивых особей. Инсектицид не создал нужный признак целенаправленно, а повлиял на выживание и размножение уже различавшихся организмов. Эволюционный результат оценивают по изменению популяции за поколения.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что у всех клеток есть ядро. Её допускают, если запоминают общую схему эукариотической клетки и переносят её на все организмы. У прокариот оформленного ядра нет, хотя ДНК у них имеется. Проверка: выясните, относится ли клетка к прокариотам или эукариотам.

Митоз и мейоз путают, потому что оба процесса связаны с делением клетки. Но митоз сохраняет число хромосом, а мейоз уменьшает его вдвое и обычно приводит к появлению генетически различающихся клеток. Проверьте себя вопросами: сколько делений происходит и каков набор хромосом в результате? Это помогает выбрать правильный процесс.

Приобретённый в течение жизни признак иногда ошибочно называют наследственным. Причина путаницы — признак может быть заметным и сохраняться у самой особи, но это ещё не значит, что он передастся потомству. Для наследственной передачи важны изменения наследственного материала или его сочетаний. Проверьте, затронута ли ДНК половых клеток и может ли особенность перейти следующему поколению.

Ещё одна ошибка — объяснять эволюцию тем, что отдельный организм целенаправленно изменился «по необходимости». Так рассуждают, принимая пользу признака за причину его появления. В действительности отбор влияет на выживание и размножение особей с уже имеющимися наследственными различиями. Проверяйте, описывается ли изменение популяции на протяжении поколений, а не намерение отдельного организма.

Связь с другими темами

Для повторения этой темы понадобятся знания о строении клетки, химическом составе живого и делении клеток. Основы генетики помогают проследить путь от ДНК к белку и признаку, а знания об эволюции — объяснить изменение популяций. Экология показывает, как условия среды влияют на организмы и их взаимодействия. Объединяйте эти темы при решении заданий итоговой аттестации: так становится понятен не только отдельный термин, но и его место в общей системе биологии.

Что запомнить

• Живые системы организованы на нескольких взаимосвязанных уровнях.
• Строение клеточных компонентов связано с выполняемыми ими функциями.
• Фотосинтез запасает энергию, а клеточное дыхание высвобождает её для процессов клетки.
• ДНК хранит наследственную информацию, а её реализация связана с синтезом белка.
• Митоз сохраняет число хромосом, мейоз уменьшает его вдвое.
• Естественный отбор действует на наследственные различия особей в популяции.