ویژگی های سازگاری بیوشیمیایی ویژگی های بیوشیمیایی رابطه بین ارگانیسم و ​​محیط. موسسه ریاضیات، علوم طبیعی و فناوری اطلاعات

در فرآیند تکامل، در نتیجه انتخاب طبیعی و مبارزه برای هستی، سازگاری موجودات با شرایط خاص زندگی به وجود می آید. خود تکامل اساساً یک فرآیند پیوسته از شکل‌گیری سازگاری‌ها است که بر اساس طرح زیر اتفاق می‌افتد: شدت بازتولید -> مبارزه برای هستی -> مرگ انتخابی -> انتخاب طبیعی -> تناسب اندام.

سازگاری ها بر جنبه های مختلف فرآیندهای زندگی موجودات تاثیر می گذارد و بنابراین می تواند انواع مختلفی داشته باشد.

سازگاری های مورفولوژیکی

آنها با تغییراتی در ساختار بدن مرتبط هستند. به عنوان مثال، ظاهر غشاهای بین انگشتان پا در پرندگان آبزی (دوزیستان، پرندگان، و غیره)، خز ضخیم در پستانداران شمالی، پاهای بلند و گردن دراز در پرندگان شناور، بدن انعطاف پذیر در شکارچیان در حال گور (به عنوان مثال، راسوها)، و غیره در حیوانات خونگرم هنگام حرکت به سمت شمال، افزایش متوسط ​​اندازه بدن مشاهده می شود (قانون برگمان) که باعث کاهش سطح نسبی و انتقال حرارت می شود. ماهی های اعماق دریا دارای بدنی صاف (پرتوها، دست و پا کردن و غیره) می شوند. گیاهان در عرض های جغرافیایی شمالی و مناطق مرتفع کوهستانی اغلب دارای فرم های خزنده و بالشتکی شکل هستند که در اثر بادهای شدید کمتر آسیب می بینند و بهتر توسط خورشید در لایه خاک گرم می شوند.

رنگ محافظ

رنگ حفاظتی برای گونه های جانوری که ابزار حفاظتی موثری در برابر شکارچیان ندارند بسیار مهم است. به لطف آن، حیوانات در منطقه کمتر مورد توجه قرار می گیرند. به عنوان مثال، پرندگان ماده در حال جوجه کشی از پس زمینه منطقه تقریباً قابل تشخیص نیستند. تخم پرندگان نیز رنگ می شوند تا با رنگ منطقه مطابقت داشته باشد. ماهی های ته نشین، بیشتر حشرات و بسیاری از گونه های جانوری دیگر رنگی محافظ دارند. در شمال، رنگ سفید یا روشن بیشتر رایج است که به استتار در برف کمک می کند (خرس قطبی، جغد قطبی، روباه قطبی، بچه سنجاب - سنجاب و غیره). تعدادی از جانوران رنگی به دست آورده اند که از طریق نوارها یا لکه های روشن و تیره متناوب ایجاد شده است که باعث می شود در بوته ها و بیشه های متراکم (ببرها، گرازهای وحشی جوان، گورخرها، گوزن های سیکا و غیره) کمتر قابل توجه باشند. برخی از حیوانات بسته به شرایط (آفتاب پرست، اختاپوس، دست و پا کردن و غیره) قادر به تغییر رنگ بسیار سریع هستند.

مبدل کردن

ماهیت استتار این است که شکل بدن و رنگ آن حیوانات را شبیه برگ، شاخه، شاخه، پوست یا خار گیاهان می کند. اغلب در حشراتی که روی گیاهان زندگی می کنند یافت می شود.

رنگ آمیزی هشدار دهنده یا تهدید کننده

برخی از انواع حشرات که غدد سمی یا بدبو دارند رنگ های هشدار دهنده روشنی دارند. بنابراین، شکارچیانی که یک بار با آنها روبرو می شوند، این رنگ را برای مدت طولانی به یاد می آورند و دیگر به چنین حشرات حمله نمی کنند (به عنوان مثال، زنبورها، زنبورها، کفشدوزک ها، سوسک های سیب زمینی کلرادو و تعدادی دیگر).

تقلید

تقلید رنگ آمیزی و شکل بدن حیوانات بی ضرری است که از همتایان سمی خود تقلید می کنند. به عنوان مثال، برخی از مارهای غیر سمی شبیه مارهای سمی هستند. سیکادا و جیرجیرک ها شبیه مورچه های بزرگ هستند. برخی از پروانه ها لکه های بزرگی بر روی بال های خود دارند که شبیه چشم های شکارچیان است.

سازگاری های فیزیولوژیکی

این نوع سازگاری با بازسازی متابولیسم در موجودات همراه است. به عنوان مثال، ظهور خون گرمی و تنظیم حرارت در پرندگان و پستانداران. در موارد ساده تر، این سازگاری با اشکال خاصی از غذا، ترکیب نمک محیط، دمای بالا یا پایین، رطوبت یا خشکی خاک و هوا و غیره است.

سازگاری های بیوشیمیایی

سازگاری های رفتاری

این نوع سازگاری با تغییر رفتار در شرایط خاص همراه است. به عنوان مثال، مراقبت از فرزندان منجر به بقای بهتر حیوانات جوان و افزایش پایداری جمعیت آنها می شود. در طول فصول جفت گیری، بسیاری از حیوانات خانواده های جداگانه ای تشکیل می دهند و در زمستان در گله ها با هم متحد می شوند که تغذیه یا محافظت از آنها را آسان تر می کند (گرگ ها، بسیاری از گونه های پرندگان).

سازگاری با عوامل محیطی دوره ای

اینها سازگاری با عوامل محیطی است که دوره خاصی در تجلی خود دارند. این نوع شامل تناوب روزانه دوره‌های فعالیت و استراحت، حالت‌های آنابیوز جزئی یا کامل (ریزش برگ‌ها، دیاپوزهای زمستانی یا تابستانی حیوانات و غیره)، مهاجرت حیوانات ناشی از تغییرات فصلی و غیره است.

سازگاری با شرایط زندگی شدید

گیاهان و حیواناتی که در بیابان ها و مناطق قطبی زندگی می کنند نیز تعدادی سازگاری خاص پیدا می کنند. در کاکتوس ها، برگ ها به خار تبدیل شده اند (کاهش تبخیر و محافظت از آنها در برابر خورده شدن توسط حیوانات)، و ساقه به یک اندام فتوسنتزی و مخزن تبدیل شده است. گیاهان بیابانی دارای سیستم ریشه ای طولانی هستند که به آنها اجازه می دهد آب را از اعماق زیاد بدست آورند. مارمولک های بیابانی با خوردن حشرات و به دست آوردن آب با هیدرولیز چربی هایشان می توانند بدون آب زنده بمانند. حیوانات شمالی علاوه بر خز ضخیم، مقدار زیادی چربی زیر پوستی نیز دارند که باعث کاهش خنک شدن بدن می شود.

ماهیت نسبی سازگاری

همه دستگاه ها فقط برای شرایط خاصی که در آن ساخته شده اند مناسب هستند. اگر این شرایط تغییر کند، سازگاری ها ممکن است ارزش خود را از دست بدهند یا حتی به ارگانیسم هایی که آنها را دارند آسیب برساند. رنگ سفید خرگوش‌ها که به خوبی از آنها در برف محافظت می‌کند، در زمستان‌ها با برف کم یا یخ‌زدگی شدید خطرناک می‌شود.

ماهیت نسبی سازگاری توسط داده های دیرینه شناسی به خوبی ثابت شده است، که نشان دهنده انقراض گروه های بزرگی از حیوانات و گیاهان است که از تغییر شرایط زندگی جان سالم به در نبرده اند.

تکامل سازگاری نتیجه اصلی عمل انتخاب طبیعی است. طبقه بندی سازگاری: مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی-بیوشیمیایی، رفتارشناسی، سازگاری گونه ها: همخوانی و همکاری. نسبیت مصلحت آلی.

پاسخ: سازگاری هر ویژگی یک فرد، جمعیت، گونه یا اجتماع موجودات است که به موفقیت در رقابت کمک می کند و در برابر عوامل غیر زنده مقاومت می کند. این به ارگانیسم ها اجازه می دهد تا در شرایط محیطی خاص وجود داشته باشند و فرزندان خود را ترک کنند. معیارهای سازگاری عبارتند از: سرزندگی، رقابت پذیری و باروری.

انواع سازگاری

همه سازگاری ها به سازگاری و سازگاری تکاملی تقسیم می شوند. اسکان یک فرآیند برگشت پذیر است. آنها زمانی رخ می دهند که شرایط محیطی به طور ناگهانی تغییر کند. به عنوان مثال، هنگام جابجایی حیوانات، خود را در یک محیط جدید می یابند، اما به تدریج به آن عادت می کنند. به عنوان مثال، فردی که از منطقه میانی به مناطق استوایی یا شمال دور نقل مکان کرده است، مدتی ناراحتی را تجربه می کند، اما به مرور زمان به شرایط جدید عادت می کند. سازگاری تکاملی برگشت ناپذیر است و تغییرات حاصله از نظر ژنتیکی ثابت است. این شامل تمام سازگاری هایی است که تحت تأثیر انتخاب طبیعی قرار می گیرند. به عنوان مثال، رنگ آمیزی محافظ یا دویدن سریع.

سازگاری های مورفولوژیکیخود را در مزایای ساختاری، رنگ محافظ، رنگ هشدار، تقلید، استتار، رفتار تطبیقی ​​نشان می دهند.

از مزایای ساختار می توان به تناسب بهینه بدن، محل و تراکم مو یا پر و غیره اشاره کرد. ظاهر یک پستاندار آبزی، دلفین، به خوبی شناخته شده است.

تقلید نتیجه جهش های همولوگ (یکسان) است انواع متفاوت، که به زنده ماندن حیوانات محافظت نشده کمک می کند.

استتار - وسایلی که در آن شکل و رنگ بدن حیوانات با اشیاء اطراف ادغام می شود

سازگاری های فیزیولوژیکی- کسب ویژگی های متابولیکی خاص در شرایط مختلف محیطی. آنها مزایای عملکردی را برای بدن فراهم می کنند. آنها به طور معمول به استاتیک (پارامترهای فیزیولوژیکی ثابت - دما، تعادل آب و نمک، غلظت قند و غیره) و دینامیک (انطباق با نوسانات در عمل یک عامل - تغییرات دما، رطوبت، نور، میدان مغناطیسی و غیره) تقسیم می شوند. ). بدون چنین سازگاری، حفظ متابولیسم پایدار در بدن در شرایط محیطی دائماً در نوسان غیرممکن است. بیایید چند مثال بزنیم. در دوزیستان زمینی، مقدار زیادی آب از طریق پوست از بین می رود. با این حال، بسیاری از گونه های آنها حتی به بیابان ها و نیمه بیابان ها نفوذ می کنند. سازگاری هایی که در حیوانات غواصی ایجاد می شود بسیار جالب است. بسیاری از آنها می توانند برای مدت نسبتا طولانی بدون دسترسی به اکسیژن زنده بمانند. به عنوان مثال فوک ها تا عمق 100-200 و حتی 600 متری شیرجه می زنند و 40-60 دقیقه زیر آب می مانند. اندام های حسی شیمیایی حشرات به طرز شگفت انگیزی حساس هستند.

سازگاری های بیوشیمیاییاطمینان از سیر بهینه واکنش های بیوشیمیایی در سلول، به عنوان مثال، ترتیب کاتالیز آنزیمی، اتصال خاص گازها توسط رنگدانه های تنفسی، سنتز مواد لازم تحت شرایط خاص و غیره.

سازگاری‌های اخلاق‌شناختی نشان‌دهنده تمام واکنش‌های رفتاری با هدف بقای افراد و بنابراین، گونه‌ها به عنوان یک کل است. چنین واکنش هایی عبارتند از:

رفتار هنگام جستجوی غذا و شریک جنسی،

جفت شدن،

تغذیه فرزندان

اجتناب از خطر و محافظت از جان در صورت تهدید،

حالت های پرخاشگرانه و تهدیدآمیز،

مهربانی و بسیاری دیگر.

برخی از واکنش های رفتاری ارثی هستند (غرایز)، برخی دیگر در طول زندگی اکتسابی هستند (رفلکس های شرطی).

سازگاری گونه هاهنگام تجزیه و تحلیل گروهی از افراد از یک گونه کشف می شوند؛ آنها از نظر تجلی بسیار متنوع هستند. اصلی ترین آنها همخوانی های مختلف، سطح تغییرپذیری، چندشکلی درون گونه ای، سطح فراوانی و تراکم بهینه جمعیت است.

همخوانی هانشان دهنده تمام ویژگی های مورفوفیزیولوژیکی و رفتاری است که به وجود گونه به عنوان یک سیستم یکپارچه کمک می کند. همخوانی های تولید مثلی تولید مثل را تضمین می کند. برخی از آنها مستقیماً با تولید مثل (مطابقات اندام تناسلی، سازگاری با تغذیه و غیره) مرتبط هستند، در حالی که برخی دیگر فقط غیرمستقیم هستند (علائم سیگنال مختلف: بصری - لباس جفت گیری، رفتار آیینی؛ صدا - آواز پرندگان، غرش یک گوزن نر در حین شیار و غیره؛ مواد شیمیایی - جاذب های مختلف، به عنوان مثال، فرمون های حشرات، ترشحات آرتیوداکتیل ها، گربه ها، سگ ها و غیره).

Congruence ها شامل تمام اشکال درون گونه ای می شود مشارکت- اساسی، تغذیه ای و تولید مثلی. همکاری قانون اساسیدر اعمال هماهنگ موجودات در شرایط نامساعد بیان می شود که شانس بقا را افزایش می دهد. در زمستان زنبورها در یک توپ جمع می شوند و گرمای تولید شده صرف گرم شدن مفاصل می شود. در این حالت، بالاترین دما در مرکز توپ خواهد بود و افراد از اطراف (جایی که سردتر است) دائماً در آنجا تلاش می کنند. به این ترتیب حشرات دائما حرکت می کنند و با تلاش مشترک زمستان را به سلامت زنده می کنند. پنگوئن ها نیز در زمان جوجه کشی در یک گروه نزدیک، گوسفندها در هوای سرد و غیره در یک گروه نزدیک قرار می گیرند.

همکاری غنیمتشکل از متحد کردن موجودات زنده به منظور به دست آوردن غذا. فعالیت مشترک در این راستا باعث بهره وری بیشتر فرآیند می شود. به عنوان مثال، یک دسته گرگ بسیار کارآمدتر از یک فرد شکار می کند. در عین حال، در بسیاری از گونه ها تقسیم مسئولیت ها وجود دارد - برخی از افراد قربانی انتخاب شده را از گله اصلی جدا می کنند و آن را به کمین می برند، جایی که بستگان آنها در آنجا پنهان شده اند و غیره. در گیاهان، چنین همکاری در سایه مشترک بیان می شود. خاک، که به حفظ رطوبت در آن کمک می کند.

همکاری باروریموفقیت تولید مثل را افزایش می دهد و باعث بقای فرزندان می شود. در بسیاری از پرندگان، افراد در زمین های لکینگ جمع می شوند و در چنین شرایطی پیدا کردن یک شریک بالقوه آسان تر است. همین اتفاق در مکان‌های تخم‌ریزی، نوک‌پاها و غیره روی می‌دهد. احتمال گرده‌افشانی در گیاهان زمانی افزایش می‌یابد که به صورت گروهی رشد کنند و فاصله بین افراد فردی کم باشد.

قانون هدف ارگانیک یا قانون ارسطو

1. هر چه علم عمیق تر و همه کاره تر اشکال زنده را مطالعه کند، آنها به طور کامل آشکار می شوند مصلحت،یعنی ماهیت هدفمند، هماهنگ، به ظاهر معقول سازمان آنها، توسعه فردی و ارتباط با محیط. مصلحت ارگانیک در فرآیند درک نقش بیولوژیکی ویژگی های خاص اشکال زنده آشکار می شود.

2. مصلحت در همه اقسام ذاتی است. این در تطابق ظریف متقابل ساختارها و هدف اشیاء بیولوژیکی، در سازگاری اشکال زندگی با شرایط زندگی، در تمرکز طبیعیویژگی های رشد فردی، در ماهیت تطبیقی ​​اشکال وجود و رفتار گونه های زیستی.

3. مصلحت ارگانیک که موضوع تجزیه و تحلیل علم باستان شد و مبنای تفاسیر غایت‌شناختی و مذهبی از طبیعت زنده بود، در آموزه داروین در مورد توضیح مادی‌گرایانه‌ای دریافت کرد. نقش خلاقانتخاب طبیعی، که در ماهیت تطبیقی ​​تکامل بیولوژیکی آشکار می شود.

این صورت‌بندی مدرن آن تعمیم‌ها است که منشأ آن به ارسطو برمی‌گردد، که ایده‌هایی درباره علل نهایی مطرح کرد.

بررسی مظاهر خاص مصلحت آلی یکی از مهمترین وظایف زیست شناسی است. پس از فهمیدن اینکه این یا آن ویژگی شی بیولوژیکی مورد مطالعه برای چیست، اهمیت بیولوژیکی این ویژگی چیست، به لطف نظریه تکاملی داروین، به پاسخ به این سوال که چرا و چگونه به وجود آمد نزدیکتر می شویم. اجازه دهید با استفاده از مثال های مربوط به حوزه های مختلف زیست شناسی، مظاهر مصلحت آلی را در نظر بگیریم.

در زمینه سیتولوژی، نمونه بارز و بارز مصلحت آلی، تقسیم سلولی در گیاهان و حیوانات است. مکانیسم تقسیم معادله (میتوز) و کاهش (میوز) ثابت بودن تعداد کروموزوم ها را در سلول های یک گونه گیاهی یا حیوانی مشخص می کند. دوبرابر کردن مجموعه دیپلوئید در میتوز تضمین می کند که تعداد کروموزوم ها در سلول های سوماتیکی در حال تقسیم ثابت می ماند. هاپلوئیدی شدن مجموعه کروموزوم در حین تشکیل سلول های زایای و بازیابی آن در طول تشکیل زیگوت در نتیجه ادغام سلول های زاینده، حفظ تعداد کروموزوم ها را در حین تولید مثل جنسی تضمین می کند. انحراف از هنجار، که منجر به پلی پلوئیدی شدن سلول ها می شود، به عنوان مثال، به افزایش تعداد کروموزوم ها در برابر کروموزوم طبیعی، با اثر تثبیت کننده انتخاب طبیعی قطع می شود یا به عنوان شرط جداسازی ژنتیکی، جداسازی شکل پلی پلوئیدی عمل می کند. با تبدیل احتمالی آن به گونه ای جدید. در این مورد، مکانیسم‌های سیتوژنتیکی دوباره وارد عمل می‌شوند و باعث حفظ مجموعه کروموزوم‌ها می‌شوند، اما در یک سطح جدید و پلی پلوئید.

در فرآیند رشد فردی یک ارگانیسم چند سلولی، تشکیل سلول ها، بافت ها و اندام ها برای اهداف مختلف عملکردی رخ می دهد. مطابقت این ساختارها با هدف آنها، تعامل آنها در روند توسعه و عملکرد بدن، جلوه های مشخصه مصلحت ارگانیک است.

طیف گسترده ای از نمونه های امکان سنجی ارگانیک توسط دستگاه هایی برای تولید مثل و توزیع اشکال زنده نشان داده شده است. بیایید برخی از آنها را نام ببریم. به عنوان مثال، هاگ های باکتری در برابر شرایط نامساعد محیطی بسیار مقاوم هستند. گیاهان گلدار برای گرده افشانی متقابل، به ویژه با کمک حشرات سازگار هستند. میوه ها و دانه های تعدادی از گیاهان برای پراکندگی توسط حیوانات سازگار است. غرایز جنسی و غرایز مراقبت از فرزندان از ویژگی های حیوانات در سطوح مختلف سازمان است. ساختار خاویار و تخم مرغ رشد حیوانات را در محیط مناسب تضمین می کند. غدد پستانی تغذیه مناسبی برای فرزندان پستانداران فراهم می کند.

مفاهیم مدرن گونه ها. واقعیت هستی و اهمیت بیولوژیکی گونه ها.

پاسخ: گونه یکی از اشکال اصلی سازماندهی حیات روی زمین و واحد اصلی طبقه بندی تنوع زیستی است. تنوع گونه های مدرن بسیار زیاد است. بر اساس برآوردهای مختلف، در حال حاضر حدود 2-2.5 میلیون گونه (تا 1.5-2 میلیون گونه جانوری و حداکثر 500 هزار گونه گیاهی) روی زمین زندگی می کنند. روند توصیف گونه های جدید به طور مداوم ادامه دارد. هر ساله صدها و هزاران گونه جدید از حشرات و سایر حیوانات بی مهرگان و میکروارگانیسم ها توصیف می شود. توزیع گونه ها در بین طبقات، خانواده ها و جنس ها بسیار نابرابر است. گروه هایی با تعداد زیادی گونه و گروه - حتی با رتبه طبقه بندی بالا - وجود دارد که توسط چند گونه در جانوران و گیاهان مدرن نشان داده شده است. به عنوان مثال، کل زیر کلاس خزندگان تنها با یک گونه - هاتریا - نشان داده می شود.

در عین حال، تنوع گونه های مدرن به طور قابل توجهی کمتر از تعداد گونه های منقرض شده است. به دلیل فعالیت اقتصادی انسان، هر ساله تعداد زیادی از گونه ها منقرض می شوند. از آنجایی که حفظ تنوع زیستی شرطی ضروری برای وجود بشریت است، امروزه این مشکل جهانی شده است. C. Linnaeus پایه های طبقه بندی مدرن موجودات زنده را بنا نهاد (سیستم طبیعت، 1735). K. Linnaeus ثابت کرد که در یک گونه، بسیاری از ویژگی های اساسی به تدریج تغییر می کنند، به طوری که می توان آنها را در یک سری پیوسته مرتب کرد. K. Linnaeus گونه ها را به عنوان گروه های عینی موجودات زنده در نظر گرفت که به راحتی از یکدیگر قابل تشخیص هستند.

مفهوم بیولوژیکی گونه هامفهوم بیولوژیکی در دهه 30-60 قرن XX شکل گرفت. بر اساس نظریه ترکیبی تکامل و داده های مربوط به ساختار گونه ها. این مفهوم به طور کامل در کتاب مایر با عنوان "گونه های جانورشناسی و تکامل" (1968) توسعه یافته است. گونه ها از افراد مستقل تشکیل نمی شوند، بلکه از جمعیت تشکیل می شوند. گونه ها بر اساس ارتباط آنها با جمعیت گونه های دیگر تعریف می شوند. معیار تعیین کننده باروری در هنگام عبور نیست، بلکه انزوای باروری است. بنابراین، با توجه به مفهوم بیولوژیکی یک گونه، گروهی از جمعیت های بالقوه یا بالقوه آمیخته شده است که از نظر تولیدمثلی از سایر جمعیت های مشابه جدا شده اند.این مفهوم نیز نامیده می شود چند تایپیجنبه مثبت مفهوم بیولوژیکی، مبنای نظری روشن آن است که در آثار مایر و سایر طرفداران این مفهوم به خوبی توسعه یافته است. با این حال، این مفهوم برای گونه هایی که از طریق جنسی و در دیرینه شناسی تولید مثل می کنند، قابل اجرا نیست. مفهوم مورفولوژیکی گونه بر اساس یک گونه شناسی، به طور دقیق تر، بر اساس یک گونه چند بعدی چند بعدی شکل گرفت. در عین حال نشان دهنده گامی رو به جلو در مقایسه با این مفاهیم است. به گفته او، گونه است مجموعه ای از افراد که دارای شباهت ارثی در ویژگی های مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی هستند، آزادانه با هم آمیخته می شوند و فرزندان بارور، سازگار با شرایط زندگی خاص و اشغال منطقه خاصی در طبیعت - زیستگاه، تولید می کنند.بنابراین، در ادبیات مدرن، عمدتاً دو مفهوم از فرم مورد بحث و بررسی قرار می گیرد: بیولوژیکی و مورفولوژیکی (تاکسونومیک).

واقعیت وجود و اهمیت بیولوژیکی گونه ها.

وجود ابژه‌های علم زیست‌شناسی به معنای داشتن ویژگی‌های موضوعی-هستی‌شناختی واقعیت زیست‌شناختی است. بر این اساس مشکل وجود ژن، گونه و... «به زبان این سطح با ساختن تکنیک‌ها، فرضیه‌ها، مفاهیم تجربی و «مشاهده‌ای» مناسب که این موجودات را عناصری از واقعیت عینی خود فرض می‌کنند، حل می‌شود.» واقعیت بیولوژیکی با در نظر گرفتن وجود سطوح مختلف "زندگی" شکل گرفت که نشان دهنده سلسله مراتب پیچیده ای از توسعه اشیاء بیولوژیکی و ارتباطات آنها است.

تنوع زیستیمنبع اصلی رضایت بسیاری است نیازهای انسانو به عنوان پایه ای برای سازگاری آن با شرایط متغیر عمل می کند محیط. ارزش عملی تنوع زیستی این است که اساساً منبعی پایان ناپذیر از منابع زیستی است. اینها عمدتاً محصولات غذایی، داروها، منابع مواد خام برای پوشاک، تولید مصالح ساختمانی و غیره هستند. تنوع زیستی برای تفریح ​​انسان از اهمیت بالایی برخوردار است.

تنوع زیستی منابع ژنتیکی را برای کشاورزی فراهم می کند، پایه بیولوژیکی امنیت غذایی جهانی را تشکیل می دهد و شرط لازم برای وجود بشریت است. تعدادی از گیاهان وحشی مرتبط با محصولات زراعی از اهمیت اقتصادی زیادی در سطح ملی و جهانی برخوردار هستند. به عنوان مثال، انواع جو کالیفرنیایی اتیوپیایی، محافظت در برابر ویروس‌های بیماری‌زا را فراهم می‌کنند، از نظر پولی بالغ بر 160 میلیون دلار. ایالات متحده آمریکا در سال. مقاومت به بیماری های ژنتیکی که با استفاده از گونه های گندم وحشی به دست می آید در ترکیه 50 میلیون دلار تخمین زده می شود

بسیاری از حیوانات و گیاهان قادر به تولید مواد مختلفی هستند که برای محافظت از خود در برابر دشمنان و حمله به موجودات دیگر خدمت می کنند. مواد بدبو ساس، زهر مار، عنکبوت، عقرب و سموم گیاهی از این دست وسایل طبقه بندی می شوند.
سازگاری های بیوشیمیایی همچنین شامل ظهور ساختار خاصی از پروتئین ها و لیپیدها در موجوداتی است که در دماهای بسیار بالا یا پایین زندگی می کنند. چنین ویژگی هایی به این موجودات اجازه می دهد در چشمه های آب گرم یا برعکس، در شرایط منجمد دائمی وجود داشته باشند.

برنج. 28. مگس شناور روی گل ها


برنج. 29. سنجاب در خواب زمستانی

سازگاری های فیزیولوژیکی این سازگاری ها با بازسازی متابولیک همراه است. بدون آنها، حفظ هموستاز در شرایط محیطی دائما در حال تغییر غیرممکن است.
یک فرد به دلیل ویژگی های متابولیسم نمک خود نمی تواند برای مدت طولانی بدون آب شیرین کار کند، اما پرندگان و خزندگان که بیشتر عمر خود را در دریا می گذرانند و آب دریا می نوشند، غدد خاصی به دست آورده اند که به آنها امکان می دهد به سرعت از شر آن خلاص شوند. نمک های اضافی
بسیاری از حیوانات بیابانی قبل از شروع فصل خشک چربی زیادی جمع می کنند: هنگامی که اکسید می شود، مقدار زیادی آب تشکیل می شود.
سازگاری های رفتاری نوع خاصرفتار در شرایط خاص برای بقا در مبارزه برای هستی بسیار مهم است. مخفی کردن یا رفتار ترسناک هنگام نزدیک شدن دشمن، ذخیره غذا برای یک دوره نامطلوب از سال، خواب زمستانی حیوانات و مهاجرت های فصلی که به آنها اجازه می دهد در دوره سرد یا خشک زنده بمانند - این لیست کاملی از انواع رفتارهایی نیست که در طول سال به وجود می آیند. تکامل به عنوان سازگاری با شرایط خاص زندگی (شکل 29).

برنج. 30. مسابقات جفت گیری آنتلوپ نر

لازم به ذکر است که بسیاری از انواع اقتباس ها به موازات یکدیگر شکل می گیرند. به عنوان مثال، اثر محافظتی رنگ محافظ یا هشدار دهنده هنگامی که با رفتار مناسب ترکیب شود، به شدت افزایش می یابد. حیواناتی که رنگ محافظ دارند در لحظه خطر یخ می زنند. برعکس، رنگ‌آمیزی هشدار دهنده با رفتار نمایشی ترکیب می‌شود که شکارچیان را می‌ترساند.
سازگاری های رفتاری مرتبط با تولید مثل از اهمیت ویژه ای برخوردار است. رفتار زناشویی، انتخاب شریک زندگی، تشکیل خانواده، مراقبت از فرزندان - این نوع رفتارها ذاتی و مختص گونه هستند، یعنی هر گونه برنامه رفتار جنسی و رفتار کودک-والدین خود را دارد (شکل 30-32).

سازگاری مجموعه ای از فرآیندها در بدن است که مقاومت آن را در برابر شرایط تغییر یافته وجودی شکل می دهد. بسته به سطح واکنش های تطبیقی، سازگاری فیزیولوژیکی (سیستمیک) و بیوشیمیایی (سلولی) قابل تشخیص است.

سازگاری فیزیولوژیکی با بازسازی فعالیت عملکردهای سیستمیک بدن (به عنوان مثال، گردش خون، تنفس، سیستم عصبی و غیره) همراه است که به حفظ ثبات محیط داخلی بدن و تسهیل فعالیت اندام ها کمک می کند. و بافت ها، تامین مواد مغذی و اکسیژن آنها را بهبود می بخشد، دفع مواد زائد را تسریع می بخشد.

سلول ها که بخشی از بدن هستند، مکانیسم های خاص خود را برای بازسازی متابولیسم دارند که بر اساس تغییر در روند واکنش های بیوشیمیایی در داخل سلول ها است.

این دو نوع سازگاری ارتباط تنگاتنگی با یکدیگر دارند و بدن را قادر می سازند تا با شرایط نامساعد سازگار شود.

سازگاری با تنظیم همراه است، زیرا متابولیسم تنها با کمک سیستم تنظیم کننده های خارج سلولی می تواند در جهت درست هدایت شود. سازگاری و تنظیم بیوشیمیایی می تواند فوری و طولانی مدت باشد.

سازگاری فوری با بازسازی سریع متابولیسم همراه است که در آغاز یک موقعیت بحرانی رخ می دهد. علاوه بر این، تمام تغییرات در متابولیسم ناشی از گنجاندن مکانیسم‌های فوری برای تنظیم متابولیسم سلولی است، یعنی تأثیر محرک‌های عصبی-هورمونی بر نفوذپذیری غشای سلولی و فعالیت آنزیم.

اگر سازگاری فوری با هدف بقای سلول باشد، سازگاری طولانی مدت با هدف حفظ قابلیت حیات آن در شرایط نامطلوب انجام می شود. در طول سازگاری طولانی مدت، بازسازی متابولیسم به دلیل گنجاندن مکانیسم های تنظیمی طولانی مدت است، به عنوان مثال. تأثیر محرک های عصبی هورمونی بر سنتز آنزیم ها و سایر پروتئین های عملکردی که نوع متفاوتی از متابولیسم را مطابق با شرایط تغییر یافته ارائه می دهند.

اگر به دلایلی تنظیم عصبی هورمونی مختل شود، بدن نمی تواند برای مدت طولانی با شرایط محیطی غالب سازگار شود، که خود را به شکل بیماری های سازگاری و سازگاری نشان می دهد.

1. Berezov T.T.، Korovkin B.F. شیمی بیولوژیکی - م.: پزشکی، 1999.

2. هافمن ای. بیوشیمی پویا. - م.: پزشکی، 1971.

3. Goodman M., Morehouse F. Molecules Organic in action. م.: میر، 1977

4. LeningerA. بیوشیمی. - م.: میر، 1365.

5. موری آر.، گرنر دی.، میس پی.، رودئل وی. بیوشیمی انسانی. م.: میر، 1993.

6. نیکولایف آ.یا. شیمی بیولوژیکی. - م.: دبیرستان 1989.

7. نیکولایف L.A. شیمی زندگی - م.: آموزش و پرورش، 1973.

8. Strayer L. بیوشیمی. در 3 جلد - م.: میر، 1363.

9. Stroev E.A. شیمی بیولوژیکی - م.: دبیرستان، 1986.

10. White A.، Hendler F.، Smith E. و همکاران، مبانی بیوشیمی. - م. میر، 1981.

11. فیلیپوویچ یو.بی. مبانی بیوشیمی. - م.: آگار، 1378.

پیشگفتار
معرفی
موضوع و وظایف بیوشیمی
روش های پژوهش
نشانه های اساسی ماده زنده
فصل 1. ترکیب شیمیایی ارگانیسم ها
فصل 2. ساختار و خواص پروتئین ها
2.1. نقش پروتئین ها در ساخت ماده زنده تعیین پروتئین
2.2. ترکیب عنصری پروتئین ها محتوای پروتئین در اندام ها و بافت ها
2.3. ترکیب اسید آمینه پروتئین ها
2.4. خواص اسید-باز اسیدهای آمینه
2.5. استریوشیمی اسیدهای آمینه
2.6. ساختار پروتئین
2.7. سطوح سازمان ساختاریپروتئین ها
ساختار اولیه پروتئین ها
ساختار ثانویه پروتئین ها
ساختار سوم پروتئین ها
ساختار چهارتایی پروتئین ها
2.8. دناتوره سازی و تغییر طبیعت
2.9. تعیین وزن مولکولی پروتئین ها
2.10. خواص فیزیکوشیمیایی پروتئین ها
خواص اسیدی و بافری پروتئین ها
هیدراتاسیون پروتئین و عوامل موثر بر حلالیت آنها
2.11. عملکرد پروتئین ها در بدن
2.12. روش های جداسازی و خالص سازی پروتئین
روش های انتخاب
خالص سازی پروتئین، ارزیابی همگنی پروتئین
2.13. طبقه بندی پروتئین
فصل 3. کربوهیدرات ها
3.1. مفهوم کربوهیدرات ها و طبقه بندی آنها
3.2. مونوساکاریدها
خواص نوری مونوساکاریدها
ساختار مونوساکارید
3. 3 واکنش های اساسی مونوساکاریدها
واکنش های شامل یک گروه کربونیل
واکنش های شامل گروه های هیدروکسیل
3.4. کربوهیدرات های پیچیده
الیگوساکاریدها
پلی ساکاریدها
3.5. عملکردهای بیولوژیکی کربوهیدرات ها
فصل 4. اسیدهای نوکلئیک
4.1. ویژگی های عمومیاسیدهای نوکلئیک
4.2. ترکیب شیمیاییو ساختار اسیدهای نوکلئیک
4.3. سطوح سازمان ساختاری اسیدهای نوکلئیک
ساختار اولیه اسیدهای نوکلئیک
ساختار ثانویه DNA
ساختار ثانویه RNA
ساختار سوم RNA و DNA
فصل 5. لیپیدها
5 1. مشخصات کلی و طبقه بندی لیپیدها
5.2. مونومرهای لیپیدی
5.3. لیپیدهای چند جزئی
5. 4. عملکردهای بیولوژیکی لیپیدها
فصل 6. آنزیم ها
6.1. روش های جداسازی و خالص سازی آنزیم ها
6.2. ماهیت شیمیاییو ساختار آنزیمی
6.Z. کوفاکتورهای آنزیمی
یون های فلزی به عنوان کوفاکتورهای آنزیمی
کوآنزیم ها
6.4. مکانیسم اثر آنزیم ها
6.5. خواص آنزیم ها
6. 6. ویژگی عمل آنزیم
7.7. عوامل موثر بر سرعت کاتالیز آنزیمی
اثر دما بر فعالیت آنزیم
اثر pH بر فعالیت آنزیم
تأثیر غلظت سوبسترا و آنزیم بر سرعت واکنش آنزیمی
وابستگی سرعت واکنش به زمان
6.8. تنظیم فعالیت آنزیم
فعال سازی آنزیم
مهار آنزیم
تنظیم آلوستریک عملکرد آنزیم
6.9. تعیین فعالیت آنزیم
6.10. نامگذاری و طبقه بندی آنزیم ها
6.11. محلی سازی آنزیم ها در بدن و سلول
6.12. کاربرد آنزیم ها
فصل 7. ویتامین ها
7.1. مفهوم ویتامین ها
7.2. طبقه بندی ویتامین ها
7.3. ویتامین های محلول در چربی
ویتامین A (رتینول)
ویتامین D (کلسیفرول)
ویتامین E (توکوفرول)
ویتامین K (نفتوکینون ها)
7.4. ویتامین های محلول در آب
ویتامین B1 (تیامین)
ویتامین B2 (ریبوفلاوین)
ویتامین B3 (اسید پانتوتنیک)
ویتامین B5 (PP، نیاسین، نیکوتین آمید، اسید نیکوتینیک)
ویتامین B6 (پیریدوکسین)
ویتامین B9 (B c، اسید فولیک)
ویتامین B 12 (کوبالامین)
ویتامین C (اسید اسکوربیک)
ویتامین H (بیوتین)
ویتامین P (روتین، ویتامین نفوذپذیری)
7.5. موادی شبیه ویتامین
فصل 8. نظم کلی متابولیسم و ​​انرژی در بدن
8.1. متابولیسم
8.2. تبادل انرژی
فصل 9. اکسیداسیون بیولوژیکی
9.1. جوهر اکسیداسیون بیولوژیکی
9.2. زنجیره تنفسی
9.3. فسفوریلاسیون اکسیداتیو
فصل 10. متابولیسم کربوهیدرات
10.1. هضم کربوهیدرات ها
10.2. متابولیسم گلوکز
10.3. بیوسنتز گلیکوژن
10.4. تجزیه گلیکوژن
10.5. گلیکولیز بی هوازی
10.6. تجزیه هوازی گلوکز
10.7. چرخه پنتوز فسفات
10.8. بیوسنتز گلوکز (گلوکونئوژنز)
10.10. تنظیم متابولیسم کربوهیدرات
فصل 11. متابولیسم لیپید
11.1. هضم لیپیدها
11.2. متابولیسم گلیسرول
11.3. متابولیسم اسیدهای چرب
11.4. بیوسنتز چربی ها
11.5. تنظیم متابولیسم لیپید
فصل 12. متابولیسم اسیدهای نوکلئیک
12.1. مسیرهای فروپاشی RNA و DNA
12.2. تجزیه پایه های پورین و پیریمیدین
12.3. بیوسنتز نوکلئوتیدها
12.4. بیوسنتز اسیدهای نوکلئیک
12.5. مسیر اطلاعات از ژنوتیپ به فنوتیپ
فصل 13. متابولیسم پروتئین
13.1. مفهوم متابولیسم پروتئین
13.2. هضم پروتئین های غذا و تجزیه پروتئین های بافتی
13.3. متابولیسم اسید آمینه
13.4. حذف آمونیاک از بدن چرخه اورنیتین
13.5. سنتز اسید آمینه
13.6. بیوسنتز پروتئین (ترجمه)
فصل 14. متابولیسم آب نمک و مواد معدنی
14.1. متابولیسم آب و نمک
نقش و عملکرد آب در فرآیند زندگی
14.2. تنظیم متابولیسم آب نمک
تنظیم فشار اسمزی و حجم مایع خارج سلولی
تنظیم pH
14.3. متابولیسم مواد معدنی
مواد معدنی
توابع مواد معدنی
مواد معدنی و متابولیسم اسید نوکلئیک
مواد معدنی و متابولیسم پروتئین
مواد معدنی و متابولیسم کربوهیدرات ها و لیپیدها
14.4. تنظیم متابولیسم مواد معدنی
فصل 15. رابطه متابولیسم پروتئین ها، چربی ها، کربوهیدرات ها و اسیدهای نوکلئیک
فصل 16. هورمون ها. تنظیم عصبی – هورمونی متابولیسم
16.1. مفهوم هورمون ها اصول اولیه تنظیم متابولیک
16. 2. طبقه بندی هورمون ها
16.3. درک کلی از عملکرد هورمون ها
16. 4. هورمون های تیروئید و غدد پاراتیروئید
هورمون های تیروئید
هورمون های پاراتیروئید
16.5. هورمون های پانکراس
16.6. هورمون های آدرنال
16.7. هورمون های غدد جنسی
16.8. هورمون های سیستم هیپوتالاموس-هیپوفیز
16.9. هورمون های تیموس و غده صنوبری
16.10. پروستاگلاندین ها
16.11. سازگاری بیوشیمیایی

واکنش‌ها به عوامل محیطی نامطلوب فقط در شرایط خاصی برای موجودات زنده مضر است، اما در بیشتر موارد دارای اهمیت تطبیقی ​​هستند. بنابراین، این پاسخ ها توسط Selye "سندرم سازگاری عمومی" نامیده شد. او در آثار بعدی از اصطلاحات «استرس» و «سندرم سازگاری عمومی» به عنوان مترادف استفاده کرد.

انطباقیک فرآیند ژنتیکی تعیین شده برای تشکیل سیستم های حفاظتی است که افزایش پایداری و سیر انتوژنز را در شرایط نامطلوب برای آن تضمین می کند.

سازگاری یکی از مهمترین مکانیسم هایی است که باعث افزایش پایداری یک سیستم بیولوژیکی از جمله موجودات گیاهی در شرایط تغییر یافته وجود می شود. هرچه ارگانیسم بهتر با یک عامل خاص سازگار شود، در برابر نوسانات آن مقاومت بیشتری دارد.

توانایی تعیین ژنوتیپ یک موجود زنده برای تغییر متابولیسم در محدوده های معین بسته به عملکرد محیط خارجی نامیده می شود. هنجار واکنش. توسط ژنوتیپ کنترل می شود و مشخصه همه موجودات زنده است. اکثر تغییراتی که در محدوده طبیعی واکنش رخ می‌دهند، اهمیت تطبیقی ​​دارند. آنها با تغییرات در محیط مطابقت دارند و بقای بهتر گیاه را در شرایط نوسان محیطی تضمین می کنند. در این راستا، چنین تغییراتی اهمیت تکاملی دارند. اصطلاح "هنجار واکنش" توسط V.L. یوهانسن (1909).

هرچه توانایی یک گونه یا گونه برای اصلاح مطابق با محیط بیشتر باشد، سرعت واکنش آن بیشتر و توانایی آن برای سازگاری بیشتر می شود. این ویژگی، گونه های مقاوم محصولات را متمایز می کند. به عنوان یک قاعده، تغییرات جزئی و کوتاه مدت در عوامل محیطی منجر به اختلالات قابل توجهی در عملکرد فیزیولوژیکی گیاهان نمی شود. این به دلیل توانایی آنها در حفظ تعادل دینامیکی نسبی محیط داخلی و ثبات عملکردهای فیزیولوژیکی اساسی در یک محیط خارجی متغیر است. در عین حال، ضربه های ناگهانی و طولانی منجر به اختلال در بسیاری از عملکردهای گیاه و اغلب منجر به مرگ آن می شود.

سازگاری شامل کلیه فرآیندها و سازگاری ها (آناتومیکی، مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی، رفتاری و غیره) است که به افزایش پایداری و بقای گونه کمک می کند.

1.دستگاه های تشریحی و مورفولوژیکی. در برخی از نمایندگان گزروفیت ها، طول سیستم ریشه به چند ده متر می رسد، که به گیاه اجازه می دهد از آب های زیرزمینی استفاده کند و در شرایط خاک و خشکی جوی کمبود رطوبت را تجربه نکند. در سایر گزروفیت ها وجود کوتیکول ضخیم، برگ های بلوغ و تبدیل شدن برگ ها به خار باعث کاهش هدررفت آب می شود که در شرایط کمبود رطوبت بسیار مهم است.

موها و خارهای نیش دار گیاهان را از خورده شدن توسط حیوانات محافظت می کند.

درختان در تندرا یا در ارتفاعات کوهستانی مانند درختچه های خزنده چمباتمه ای به نظر می رسند؛ در زمستان آنها با برف پوشانده می شوند که آنها را از یخبندان های شدید محافظت می کند.

در مناطق کوهستانی با نوسانات زیاد دمای روزانه، گیاهان اغلب به شکل بالش های گسترده با ساقه های متعدد با فاصله متراکم هستند. این به شما امکان می دهد رطوبت داخل بالش و دمای نسبتا یکنواخت را در طول روز حفظ کنید.

در گیاهان مردابی و آبزی، پارانشیم مخصوص هوادار (آرنشیم) تشکیل می شود که مخزن هوا است و تنفس قسمت هایی از گیاه غوطه ور در آب را تسهیل می کند.

2. سازگاری های فیزیولوژیکی-بیوشیمیایی. در ساکولنت ها، یک سازگاری برای رشد در شرایط بیابانی و نیمه بیابانی، جذب CO2 در طول فتوسنتز از طریق مسیر CAM است. این گیاهان روزنه هایی دارند که در طول روز بسته می شوند. بنابراین، گیاه ذخایر آب داخلی خود را از تبخیر حفظ می کند. در بیابان ها، آب عامل اصلی محدود کننده رشد گیاهان است. روزنه ها در شب باز می شوند و در این زمان CO 2 وارد بافت های فتوسنتزی می شود. درگیری بعدی CO 2 در چرخه فتوسنتز در طول روز رخ می دهد که روزنه ها بسته می شوند.

سازگاری های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی شامل توانایی روزنه ها برای باز و بسته شدن بسته به شرایط خارجی است. سنتز اسید آبسیزیک، پرولین، پروتئین‌های محافظ، فیتوالکسین‌ها، فیتون‌سیدها، افزایش فعالیت آنزیم‌هایی که با تجزیه اکسیداتیو مواد آلی مقابله می‌کنند، تجمع قندها در سلول‌ها و تعدادی دیگر از تغییرات متابولیسم به افزایش مقاومت گیاه در برابر نامطلوب کمک می‌کند. شرایط محیطی.

واکنش بیوشیمیایی یکسانی را می توان توسط چندین شکل مولکولی از همان آنزیم (ایزوآنزیم) انجام داد، که هر ایزوفرم فعالیت کاتالیزوری را در محدوده نسبتاً باریکی از برخی پارامترهای محیطی مانند دما نشان می دهد. وجود تعدادی ایزوآنزیم به گیاه اجازه می دهد تا در مقایسه با هر ایزوآنزیم منفرد، واکنش ها را در محدوده دمایی بسیار وسیع تری انجام دهد. این به گیاه اجازه می دهد تا عملکردهای حیاتی خود را در شرایط تغییر دما با موفقیت انجام دهد.

3. سازگاری های رفتاری، یا اجتناب از یک عامل نامطلوب. به عنوان مثال می توان به اپیمر و زودگذر (خشخاش، علف جوجه، کروکوس، لاله، گل برف) اشاره کرد. آنها تمام چرخه رشد خود را در بهار در 1.5-2 ماه، حتی قبل از شروع گرما و خشکسالی طی می کنند. بنابراین، به نظر می رسد که آنها را ترک می کنند، یا از قرار گرفتن تحت تأثیر عامل استرس زا اجتناب می کنند. به طور مشابه، انواع زودرس محصولات کشاورزی قبل از شروع پدیده های فصلی نامطلوب برداشت می کنند: مه اوت، باران، یخبندان. بنابراین، انتخاب بسیاری از محصولات کشاورزی با هدف ایجاد ارقام زودرس انجام می شود. گیاهان چند ساله به شکل ریزوم و پیاز در خاک زیر برف زمستان گذرانی می کنند که آنها را از یخ زدگی محافظت می کند.

سازگاری گیاهان با عوامل نامطلوب به طور همزمان در بسیاری از سطوح تنظیم انجام می شود - از یک سلول فردی تا یک فیتوسنوز. هر چه سطح سازمان (سلول، ارگانیسم، جمعیت) بالاتر باشد، تعداد مکانیسم‌هایی که به طور همزمان در سازگاری گیاه با تنش دخیل هستند، بیشتر می‌شود.

تنظیم فرآیندهای متابولیک و سازگاری در داخل سلول با استفاده از سیستم های متابولیک (آنزیمی) انجام می شود. ژنتیکی؛ غشاء این سیستم ها ارتباط نزدیکی با یکدیگر دارند. بنابراین، خواص غشاها به فعالیت ژن بستگی دارد و فعالیت افتراقی خود ژن ها تحت کنترل غشاها است. سنتز و فعالیت آنزیم توسط سطح ژنتیکیدر عین حال، آنزیم ها متابولیسم اسید نوکلئیک را در سلول تنظیم می کنند.

بر سطح ارگانیسمموارد جدیدی به مکانیسم های سلولی سازگاری اضافه می شوند که منعکس کننده تعامل اندام ها هستند. در شرایط نامساعد، گیاهان چنان مقداری از عناصر میوه را ایجاد و حفظ می کنند که به اندازه کافی مواد لازم برای تشکیل بذرهای کامل را فراهم می کند. به عنوان مثال، در گل آذین غلات کشت شده و در تاج درختان میوه، در شرایط نامساعد، بیش از نیمی از تخمدان های ایجاد شده ممکن است سقوط کنند. چنین تغییراتی بر اساس روابط رقابتی بین اندام ها برای مواد فعال فیزیولوژیکی و مواد مغذی است.

در شرایط استرس، فرآیندهای پیری و ریزش برگ های پایین به شدت تسریع می شود. در همان زمان، مواد مورد نیاز گیاهان از آنها به اندام های جوان منتقل می شوند و به استراتژی بقای موجودات پاسخ می دهند. به لطف بازیافت مواد مغذی از برگ های پایینی، برگ های جوان تر، برگ های بالایی، زنده می مانند.

مکانیسم هایی برای بازسازی اندام های از دست رفته عمل می کنند. به عنوان مثال، سطح زخم با بافت پوششی ثانویه (پریدرم زخم) پوشیده شده است، زخم روی تنه یا شاخه با ندول ها (پنه) بهبود می یابد. هنگامی که شاخه آپیکال از بین می رود، جوانه های خفته در گیاهان بیدار می شوند و شاخه های جانبی به شدت رشد می کنند. بازسازی برگها در بهار به جای برگهایی که در پاییز ریخته اند نیز نمونه ای از بازسازی اندام طبیعی است. باززایی به عنوان یک وسیله بیولوژیکی که تکثیر رویشی گیاهان را توسط بخش هایی از ریشه، ریزوم، تالوس، قلمه های ساقه و برگ، سلول های جدا شده و پروتوپلاست های منفرد فراهم می کند، دارای اهمیت بالایی است. اهمیت عملیبرای کاشت گیاه، پرورش میوه، جنگلداری، باغبانی زینتی و غیره.

سیستم هورمونی نیز در فرآیندهای حفاظت و سازگاری در سطح گیاه شرکت می کند. به عنوان مثال، تحت تأثیر شرایط نامطلوب در یک گیاه، محتوای بازدارنده های رشد به شدت افزایش می یابد: اتیلن و اسید آبسیزیک. آنها متابولیسم را کاهش می دهند، فرآیندهای رشد را مهار می کنند، پیری را تسریع می کنند، از دست دادن اندام ها و انتقال گیاه به حالت خواب را تسریع می کنند. مهار فعالیت عملکردی تحت شرایط تنش تحت تأثیر بازدارنده های رشد یک واکنش مشخصه برای گیاهان است. در همان زمان، محتوای محرک های رشد در بافت ها کاهش می یابد: سیتوکینین، اکسین و جیبرلین.

بر سطح جمعیتانتخاب اضافه می شود که منجر به ظهور موجودات سازگارتر می شود. امکان انتخاب با وجود تنوع درون جمعیتی در مقاومت گیاه به عوامل مختلف محیطی تعیین می شود. نمونه ای از تنوع درون جمعیتی در مقاومت می تواند ظهور ناهموار نهال ها در خاک شور و افزایش تنوع در زمان جوانه زنی با افزایش عوامل استرس زا باشد.

مشاهده در مفهوم مدرناز تعداد زیادی بیوتیپ تشکیل شده است - واحدهای اکولوژیکی کوچکتر که از نظر ژنتیکی یکسان هستند، اما مقاومت متفاوتی در برابر عوامل محیطی نشان می دهند. در شرایط مختلف، همه بیوتیپ‌ها به یک اندازه قابل دوام نیستند و در نتیجه رقابت، تنها آنهایی باقی می‌مانند که به بهترین وجه شرایط داده شده را برآورده می‌کنند. یعنی مقاومت یک جمعیت (تنوع) در برابر یک یا آن عامل توسط مقاومت موجودات تشکیل دهنده جمعیت تعیین می شود. واریته های مقاوم شامل مجموعه ای از بیوتیپ ها هستند که حتی در شرایط نامساعد بهره وری خوبی را ارائه می دهند.

در عین حال، در طول کشت طولانی مدت واریته ها، ترکیب و نسبت بیوتیپ ها در جمعیت تغییر می کند که بر بهره وری و کیفیت واریته تأثیر می گذارد، اغلب نه بهتر.

بنابراین سازگاری شامل کلیه فرآیندها و سازگاری هایی است که باعث افزایش مقاومت گیاهان در برابر شرایط نامساعد محیطی (آناتومیکی، مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی، رفتاری، جمعیتی و غیره) می شود.

اما برای انتخاب موثرترین مسیر سازگاری، نکته اصلی زمانی است که بدن باید با شرایط جدید سازگار شود.

در صورت عمل ناگهانی یک عامل شدید، پاسخ را نمی توان به تأخیر انداخت، باید فوراً دنبال شود تا از آسیب غیرقابل برگشت به گیاه جلوگیری شود. با قرار گرفتن طولانی مدت در معرض یک نیروی کوچک، تغییرات تطبیقی ​​به تدریج رخ می دهد و انتخاب استراتژی های ممکن افزایش می یابد.

در این راستا، سه راهبرد اصلی سازگاری وجود دارد: تکاملی, آنتوژنتیکو فوری. هدف استراتژی استفاده موثر از منابع موجود برای رسیدن به هدف اصلی - بقای بدن در شرایط استرس است. هدف استراتژی انطباق حفظ یکپارچگی ساختاری درشت مولکول های حیاتی و فعالیت عملکردی ساختارهای سلولی، حفظ سیستم های تنظیم حیات و تامین انرژی گیاهان است.

سازگاری های تکاملی یا فیلوژنتیکی(فیلوژنی - توسعه یک گونه بیولوژیکی در طول زمان) سازگاری هایی هستند که در طی فرآیند تکاملی بر اساس جهش های ژنتیکی، انتخاب و به ارث می رسند. آنها برای بقای گیاه قابل اعتمادترین هستند.

در فرآیند تکامل، هر گونه گیاهی نیازهای خاصی را برای شرایط زندگی و سازگاری با جایگاه اکولوژیکی که اشغال می کند، سازگاری پایدار ارگانیسم با زیستگاه خود ایجاد کرده است. تحمل رطوبت و سایه، مقاومت در برابر گرما، مقاومت به سرما و سایر ویژگی های اکولوژیکی گونه های گیاهی خاص در نتیجه قرار گرفتن طولانی مدت در شرایط مناسب شکل گرفت. بنابراین، گیاهان گرما دوست و روزهای کوتاه مشخصه عرض های جغرافیایی جنوبی هستند، در حالی که گیاهان گرما دوست و گیاهان روز بلند مشخصه عرض های جغرافیایی شمالی هستند. سازگاری‌های تکاملی متعدد گیاهان خشکوفیت با خشکسالی به خوبی شناخته شده‌اند: استفاده اقتصادی از آب، سیستم ریشه‌ای عمیق، ریزش برگ‌ها و انتقال به حالت خفته، و سازگاری‌های دیگر.

در این راستا، انواع گیاهان کشاورزی دقیقاً در برابر آن عوامل محیطی مقاومت نشان می دهند که بر اساس آنها اصلاح و انتخاب اشکال تولیدی انجام می شود. اگر انتخاب در تعدادی از نسل های متوالی در برابر پس زمینه تأثیر ثابت برخی از عوامل نامطلوب انجام شود، می توان مقاومت تنوع را به طور قابل توجهی افزایش داد. طبیعی است که ارقام انتخاب شده توسط پژوهشکده کشاورزیجنوب شرقی (ساراتوف) نسبت به گونه های ایجاد شده در مراکز پرورش منطقه مسکو نسبت به خشکسالی مقاوم تر است. به همین ترتیب، در مناطق اکولوژیکی با شرایط نامساعد خاکی-اقلیمی، گونه‌های گیاهی محلی مقاوم تشکیل شد و گونه‌های گیاهی بومی دقیقاً در برابر عوامل استرس‌زا که در رویشگاه خود بیان می‌شود، مقاوم هستند.

ویژگی های مقاومت ارقام گندم بهاره از مجموعه انستیتوی روسی رشد نباتات (Semyonov et al., 2005)

تنوع	اصل و نسب	پایداری
انیتا	منطقه مسکو	نسبتاً مقاوم به خشکی
ساراتوفسکایا 29	منطقه ساراتوف	مقاوم در برابر خشکسالی
دنباله دار	منطقه Sverdlovsk.	مقاوم در برابر خشکسالی
کاراسینو	برزیل	مقاوم در برابر اسید
پیش درآمد	برزیل	مقاوم در برابر اسید
کلونیاس	برزیل	مقاوم در برابر اسید
ترینتانی	برزیل	مقاوم در برابر اسید
PPG-56	قزاقستان	مقاوم در برابر نمک
اوش	قرقیزستان	مقاوم در برابر نمک
سرخک 5688	تاجیکستان	مقاوم در برابر نمک
مسل	نروژ	مقاوم به نمک

در یک محیط طبیعی، شرایط محیطی معمولاً خیلی سریع تغییر می کند و زمانی که در طی آن عامل استرس به سطح آسیب رسان می رسد برای شکل گیری سازگاری های تکاملی کافی نیست. در این موارد، گیاهان از مکانیسم‌های دفاعی نه دائمی، بلکه ناشی از عوامل استرس‌زا استفاده می‌کنند که شکل‌گیری آن‌ها از پیش تعیین شده (تعیین شده) ژنتیکی است.

سازگاری های آنتوژنتیک (فنوتیپی).با جهش ژنتیکی مرتبط نیستند و ارثی نیستند. شکل گیری این نوع اقتباس زمان نسبتاً طولانی دارد و به همین دلیل است که به آنها اقتباس های طولانی مدت می گویند. یکی از این مکانیسم ها توانایی تعدادی از گیاهان برای ایجاد یک مسیر فتوسنتزی کم مصرف از نوع CAM در شرایط کمبود آب ناشی از خشکسالی، شوری، دمای پایین و سایر عوامل استرس زا است.

این سازگاری با القای بیان ژن فسفونولپیروات کربوکسیلاز، که در شرایط عادی "غیرفعال" است و ژن های دیگر آنزیم های مسیر CAM جذب CO 2، با بیوسنتز اسمولیت ها (پرولین)، همراه است. فعال شدن سیستم های آنتی اکسیدانی و تغییر در ریتم روزانه حرکات روزنه. همه اینها منجر به استفاده بسیار اقتصادی از آب می شود.

در محصولات زراعی، به عنوان مثال، ذرت، آئرنشیم در شرایط رشد طبیعی وجود ندارد. اما در شرایط غرقابی و کمبود اکسیژن در بافت های ریشه، برخی از سلول های قشر اولیه ریشه و ساقه می میرند (آپوپتوز یا مرگ برنامه ریزی شده سلولی). به جای آنها حفره هایی تشکیل می شود که از طریق آنها اکسیژن از قسمت بالای زمین گیاه به سیستم ریشه منتقل می شود. سیگنال مرگ سلولی سنتز اتیلن است.

سازگاری فوریبا تغییرات سریع و شدید در شرایط زندگی رخ می دهد. این بر اساس شکل گیری و عملکرد سیستم های دفاع ضربه ای است. سیستم‌های دفاعی شوک شامل، برای مثال، سیستم پروتئین شوک حرارتی است که در پاسخ به افزایش سریع دما ایجاد می‌شود. این مکانیسم‌ها شرایط کوتاه‌مدت بقا را تحت تأثیر یک عامل مخرب فراهم می‌کنند و در نتیجه پیش‌نیازهایی را برای شکل‌گیری مکانیسم‌های سازگاری تخصصی بلندمدت قابل اعتمادتر ایجاد می‌کنند. نمونه‌ای از مکانیسم‌های سازگاری تخصصی، تشکیل جدید پروتئین‌های ضد یخ در دماهای پایین یا سنتز قندها در طول زمستان‌گذرانی محصولات زمستانی است. در عین حال، اگر تأثیر مخرب یک عامل بیش از توانایی های محافظتی و ترمیم بدن باشد، مرگ ناگزیر رخ می دهد. در این حالت، ارگانیسم بسته به شدت و مدت زمان عامل شدید، در مرحله فوری یا در مرحله سازگاری تخصصی می میرد.

تمیز دادن خاصو غیر اختصاصی (عمومی)واکنش گیاه به عوامل استرس زا

واکنش های غیر اختصاصیبه ماهیت عامل بازیگری بستگی ندارد. آنها تحت تأثیر دمای بالا و پایین، کمبود یا بیش از حد رطوبت، غلظت زیاد نمک در خاک یا گازهای مضر در هوا یکسان هستند. در تمام موارد، نفوذپذیری غشاها در سلول های گیاهی افزایش می یابد، تنفس مختل می شود، تجزیه هیدرولیتیکی مواد افزایش می یابد، سنتز اتیلن و اسید آبسیزیک افزایش می یابد و تقسیم سلولی و افزایش طول آن مهار می شود.

جدول مجموعه ای از تغییرات غیر اختصاصی را نشان می دهد که تحت تأثیر عوامل مختلف محیطی در گیاهان رخ می دهد.

تغییرات در پارامترهای فیزیولوژیکی در گیاهان تحت تأثیر شرایط تنش (طبق نظر G.V. Udovenko، 1995)

گزینه ها	ماهیت تغییرات در پارامترها تحت شرایط
	خشکسالی	شوری	درجه حرارت بالا	دمای پایین
غلظت یون در بافت ها	در حال رشد	در حال رشد	در حال رشد	در حال رشد
فعالیت آب در سلول	سقوط	سقوط	سقوط	سقوط
پتانسیل اسمزی سلول	در حال رشد	در حال رشد	در حال رشد	در حال رشد
ظرفیت نگهداری آب	در حال رشد	در حال رشد	در حال رشد	—
کمبود آب	در حال رشد	در حال رشد	در حال رشد	—
نفوذپذیری پروتوپلاسم	در حال رشد	در حال رشد	در حال رشد	—
میزان تعرق	سقوط	سقوط	در حال رشد	سقوط
راندمان تعرق	سقوط	سقوط	سقوط	سقوط
بهره وری انرژی تنفس	سقوط	سقوط	سقوط	—
شدت تنفس	در حال رشد	در حال رشد	در حال رشد	—
فتوفسفوریلاسیون	در حال کاهش	در حال کاهش	—	در حال کاهش
تثبیت DNA هسته ای	در حال رشد	در حال رشد	در حال رشد	در حال رشد
فعالیت عملکردی DNA	در حال کاهش	در حال کاهش	در حال کاهش	در حال کاهش
غلظت پرولین	در حال رشد	در حال رشد	در حال رشد	—
محتوای پروتئین های محلول در آب	در حال رشد	در حال رشد	در حال رشد	در حال رشد
واکنش های مصنوعی	افسرده	افسرده	افسرده	افسرده
جذب یون ها توسط ریشه	سرکوب	سرکوب	سرکوب	سرکوب
حمل و نقل مواد	افسرده	افسرده	افسرده	افسرده
غلظت رنگدانه	سقوط	سقوط	سقوط	سقوط
تقسیم سلولی	ترمز	ترمز	—	—
کشش سلولی	سرکوب	سرکوب	—	—
تعداد عناصر میوه	کاهش	کاهش	کاهش	کاهش
پیری اندام ها	شتاب گرفت	شتاب گرفت	شتاب گرفت	—
برداشت بیولوژیکی	تنزل یافت	تنزل یافت	تنزل یافت	تنزل یافت

بر اساس داده های جدول مشاهده می شود که مقاومت گیاه به عوامل متعددی با تغییرات فیزیولوژیکی یک طرفه همراه است. این دلیلی برای این باور است که افزایش مقاومت گیاه به یک عامل ممکن است با افزایش مقاومت به عامل دیگر همراه باشد. این با آزمایشات تایید شده است.

آزمایشات در موسسه فیزیولوژی گیاهی آکادمی علوم روسیه (Vl. V. Kuznetsov و دیگران) نشان داده است که عملیات حرارتی کوتاه مدت گیاهان پنبه با افزایش مقاومت آنها در برابر شوری بعدی همراه است. و سازگاری گیاهان با شوری منجر به افزایش مقاومت آنها در برابر دماهای بالا می شود. شوک حرارتی توانایی گیاهان را برای سازگاری با خشکی های بعدی افزایش می دهد و برعکس در طول خشکسالی مقاومت بدن در برابر دمای بالا افزایش می یابد. قرار گرفتن کوتاه مدت در معرض دمای بالا باعث افزایش مقاومت در برابر فلزات سنگین و تابش UV-B می شود. خشکسالی قبلی بقای گیاه را در شرایط شوری یا سرما افزایش می دهد.

فرآیند افزایش مقاومت بدن در برابر یک عامل محیطی معین در نتیجه سازگاری با یک عامل با طبیعت متفاوت نامیده می شود. سازگاری متقابل.

برای مطالعه مکانیسم های مقاومت عمومی (غیر اختصاصی). علاقه بزرگنشان دهنده واکنش گیاهان به عواملی است که باعث کمبود آب در گیاهان می شوند: شوری، خشکی، دمای پایین و بالا و برخی دیگر. در سطح کل ارگانیسم، همه گیاهان به کمبود آب به یک شکل پاسخ می دهند. با مهار رشد ساقه، افزایش رشد سیستم ریشه، سنتز اسید آبسیزیک و کاهش رسانایی روزنه مشخص می شود. پس از مدتی برگ های پایینی به سرعت پیر می شوند و مرگ آنها مشاهده می شود. تمام این واکنش ها با هدف کاهش مصرف آب با کاهش سطح تبخیر و همچنین افزایش فعالیت جذبی ریشه انجام می شود.

واکنش های خاص- اینها واکنش هایی به عمل هر یک از عوامل استرس زا هستند. بنابراین، فیتوالکسین ها (مواد با خواص آنتی بیوتیکی) در پاسخ به تماس با عوامل بیماری زا در گیاهان سنتز می شوند.

اختصاصی بودن یا عدم اختصاصی بودن واکنش‌های پاسخ، از یک سو به نگرش گیاه به عوامل استرس‌زای مختلف و از سوی دیگر، اختصاصی بودن واکنش‌های گیاه اشاره دارد. انواع مختلفو انواع به همان استرسور.

تظاهر پاسخ های خاص و غیر اختصاصی گیاه به شدت تنش و سرعت رشد آن بستگی دارد. اگر استرس به کندی ایجاد شود و بدن زمان لازم برای بازسازی و انطباق با آن را داشته باشد، اغلب واکنش‌های خاص رخ می‌دهد. واکنش‌های غیر اختصاصی معمولاً با یک عامل استرس‌زا کوتاه‌تر و قوی‌تر رخ می‌دهند. عملکرد مکانیسم‌های مقاومت غیراختصاصی (عمومی) به گیاه اجازه می‌دهد از هزینه‌های انرژی زیاد برای تشکیل مکانیسم‌های سازگاری تخصصی (اختصاصی) در پاسخ به هرگونه انحراف از هنجار در شرایط زندگی خود اجتناب کند.

مقاومت گیاه در برابر تنش بستگی به مرحله انتوژنز دارد. پایدارترین گیاهان و اندامهای گیاهی در حالت خفته هستند: به صورت دانه، پیاز. گیاهان چند ساله چوبی - در حالت خواب عمیق پس از ریزش برگ. گیاهان در سنین جوانی بسیار حساس هستند، زیرا در شرایط تنش ابتدا فرآیندهای رشد آسیب می بینند. دومین دوره بحرانی، دوره تشکیل گامت و لقاح است. تنش در این دوره منجر به کاهش عملکرد زایشی گیاهان و کاهش عملکرد می شود.

اگر شرایط استرس زا تکرار شوند و شدت کمی داشته باشند، به سخت شدن گیاه کمک می کنند. این مبنای روش‌های افزایش مقاومت در برابر دماهای پایین، گرما، شوری و افزایش سطوح گازهای مضر در هوا است.

قابلیت اطمینانیک ارگانیسم گیاهی با توانایی آن در جلوگیری یا حذف خرابی ها تعیین می شود سطوح مختلفسازمان بیولوژیکی: مولکولی، درون سلولی، سلولی، بافت، اندام، جاندار و جمعیت.

برای جلوگیری از اختلال در زندگی گیاهان تحت تأثیر عوامل نامطلوباصول استفاده می شود افزونگی, ناهمگونی اجزای عملکردی معادل, سیستم های تعمیر سازه های از دست رفته.

افزونگی ساختارها و عملکرد یکی از راه های اصلی برای اطمینان از قابلیت اطمینان سیستم است. افزونگی و افزونگی مظاهر گوناگونی دارند. در سطح درون سلولی، افزونگی و تکرار مواد ژنتیکی به افزایش قابلیت اطمینان ارگانیسم گیاهی کمک می کند. این امر به عنوان مثال با مارپیچ دوگانه DNA و افزایش پلوئیدی تضمین می شود. قابلیت اطمینان عملکرد یک ارگانیسم گیاهی در شرایط متغیر نیز با حضور مولکول های مختلف RNA پیام رسان و تشکیل پلی پپتیدهای ناهمگن پشتیبانی می شود. اینها شامل ایزوآنزیم‌هایی هستند که واکنش مشابهی را کاتالیز می‌کنند، اما از نظر خواص فیزیکوشیمیایی و پایداری ساختار مولکولی تحت شرایط متغیر محیطی متفاوت هستند.

در سطح سلولی، نمونه‌ای از افزونگی، افزایش اندامک‌های سلولی است. بنابراین مشخص شده است که بخشی از کلروپلاست های موجود برای تأمین محصولات فتوسنتزی گیاه کافی است. به نظر می رسد کلروپلاست های باقی مانده در ذخیره باقی می مانند. همین امر در مورد محتوای کل کلروفیل نیز صدق می کند. افزونگی همچنین در تجمع زیاد پیش سازها برای بیوسنتز بسیاری از ترکیبات آشکار می شود.

در سطح ارگانیسم، اصل افزونگی در تشکیل و در تخمگذاری در زمان های مختلف بیش از آنچه برای تغییر نسل ها لازم است، تعداد شاخه ها، گل ها، سنبلچه ها، در مقدار زیادی گرده، تخمک ها بیان می شود. ، و دانه ها

در سطح جمعیت، اصل افزونگی خود را نشان می دهد تعداد زیادیافرادی که از نظر مقاومت در برابر یک یا آن عامل استرس متفاوت هستند.

سیستم های ترمیم نیز در سطوح مختلف کار می کنند - مولکولی، سلولی، ارگانیسمی، جمعیتی و بیوسنوتیک. فرآیندهای ترمیم به انرژی و مواد پلاستیکی نیاز دارند، بنابراین تعمیر تنها در صورتی امکان پذیر است که میزان متابولیسم کافی حفظ شود. اگر متابولیسم متوقف شود، ترمیم نیز متوقف می شود. که در شرایط شدیددر محیط خارجی، حفظ تنفس از اهمیت ویژه ای برخوردار است، زیرا این تنفس است که انرژی را برای فرآیندهای ترمیم فراهم می کند.

توانایی ترمیم سلول‌های موجودات سازگار با مقاومت پروتئین‌های آنها در برابر دناتوره شدن، یعنی پایداری پیوندهایی که ساختار ثانویه، سوم و چهارم پروتئین را تعیین می‌کنند، تعیین می‌شود. به عنوان مثال، مقاومت بذرهای بالغ در برابر دمای بالا معمولاً به این دلیل است که پس از کم آبی، پروتئین های آنها در برابر دناتوره شدن مقاوم می شوند.

منبع اصلی مواد انرژی به عنوان بستری برای تنفس، فتوسنتز است، بنابراین، تامین انرژی سلول و فرآیندهای ترمیم مرتبط با آن به پایداری و توانایی دستگاه فتوسنتزی برای بازیابی پس از آسیب بستگی دارد. برای حفظ فتوسنتز در شرایط شدید در گیاهان، سنتز اجزای غشای تیلاکوئید فعال می‌شود، اکسیداسیون لیپیدها مهار می‌شود و فراساختار پلاستیدها بازسازی می‌شود.

در سطح ارگانیسم، نمونه ای از بازسازی می تواند توسعه شاخه های جایگزین، بیدار شدن جوانه های خفته در هنگام آسیب دیدن نقاط رشد باشد.

اگر خطایی پیدا کردید، لطفاً قسمتی از متن را برجسته کرده و کلیک کنید Ctrl+Enter.