Биология Царства живой природы

Материалы к уроку

Конспект урока

Царства живой природы

Что представляет собой живая природа? Это огромное количество живых организмов – животных, растений, грибов, бактерий и так далее. Разнообразие их также велико и разобраться в нем бывает непросто. С целью упорядочивания всех знаний ученые занимаются классификацией живых организмов. То есть распределяют все живые организмы на Земле по группам для облегчения их изучения. В одну группу могут войти организмы сходные по внешнему и внутреннему строению.

Раздел биологии, занимающийся классификацией живых организмов, называется – систематика.

Основная и наименьшая единица классификации – вид.

Вид объединяет родственные организмы, близкие по строению и особенностям жизнедеятельности, способные скрещиваться между собой и давать жизнеспособное потомство.

Все виды объединяются в роды, роды в семейства, семейства в отряды, отряды в классы, классы в типы, типы в подцарства, подцарства в царства.

Царство – самая крупная единица классификации.

Различают четыре царства:

  1. Царство Бактерии.
  2. Царство Грибы.
  3. Царство Растения.
  4. Царство Животные.

Но все живые организмы, входящие в эти царства представляют собой клеточные формы жизни. Их организмы состоят из клеток, имеющих оформленное ядро, органоиды, оболочку. Но не все организмы на Земле имеют клеточную организацию.

Особое место в природе занимают вирусы.

Они представляют собой неклеточную форму жизни и не имеют ни ядра, ни цитоплазмы, ни вакуоли, ни клеточной мембраны, ни клеточной стенки.

Что же они собой представляют? Это молекулы наследственного вещества, покрытые белковой оболочкой. В обычном состоянии вирусы не проявляют никаких признаков живого и начинают их проявлять, только попав в живую клетку. Именно поэтому ученые до сих пор не могут определить, к живой, или к неживой природе они относятся.

Широкое изучение вирусов произошло из-за присутствия среди них очень вредоносных для животных, растений и человека.

Например:

  1. Вирус табачной мозаики – повреждает растения.
  2. Вирус бешенства – губит животных.
  3. Вирусы СПИДа, оспы, кори, гриппа – опасны для человека.

Ученые разрабатывают не только способы борьбы с вредными вирусами, но и способы применения безвредных вирусов в науке и жизни.

Остались вопросы по теме? Наши педагоги готовы помочь!

  • Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам

  • Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки

  • Повысим успеваемость по школьным предметам

  • Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ

Выбрать педагогаОставить заявку на подбор

Простейшие львы

Люди иногда способны игнорировать слона в комнате, а биологи больше ста лет не замечали льва в капле воды. Как теперь выяснили исследователи из России, Канады, Великобритании и Франции, в водоемах по всему миру — особенно в морях и океанах — обитает обособленная супергруппа хищных простейших, представители которой охотятся на других одноклеточных эукариот, глотая их целиком и отгрызая куски клеток. Эти существа получили название Provora — то есть «прожорливые». Несмотря на то, что проворы широко распространены и заметно отличаются от других протистов, об их существовании стало известно только сейчас. Описание новой группы вышло в журнале Nature — а мы рассказываем, как этим миниатюрным хищникам удавалось прятаться от ученых столько лет и как их все-таки обнаружили.

Расцветающая сложность

Верхние этажи классификации эуакариот еще недавно выглядели довольно просто: вот царство животных, вот царства растений и грибов. А вот царство простейших (Protozoa), представители которого украшают первые страницы учебника зоологии: амебы, инфузории-туфельки и другие крошечные создания, тела которых состоят из единственной эукариотической, то есть обладающей ядром, клетки.

Но 30 лет назад биологи начали подозревать, что царство простейших — всего лишь мусорная корзина, куда попадали все эукариоты, которым не нашлось места в царствах животных, растений и грибов. Генетический анализ подтвердил эти опасения. Выяснилось, что многие протисты приходятся куда более близкими родственниками животным, растениям или грибам, чем друг другу. Так царству Protozoa пришел конец — а в систематике эукариот началась масштабная перестройка, которая продолжается до сих пор.

Традиционный подход, где царства были самой крупной единицей классификации, больше не подходил для описания родственных связей одноклеточных и многоклеточных эукариот. Биологи не стали отказываться от самого термина «царство», но ввели более крупные таксономические единицы. Царства животных, растений и грибов в новой системе оказались всего лишь небольшими эволюционными веточками в составе новых таксонов — супергрупп.

В среднем ученые выделяют семь-восемь супергрупп, которые отличаются генетически и морфологически. Например, животные и грибы относятся к супергруппе заднежгутиковых (Opisthokonta), а растения — к супергруппе архепластид (Archaeplastida). Впрочем, большинство супергрупп представлены только одноклеточными организмами.

Все известные супергруппы биологи объединили в два больших домена — Amorphea и Diaphoretickes. Люди вместе с другими животными, грибами и рядом одноклеточных относятся к первому из них, а растения — ко второму. Таким образом, если раньше систематику эукариот можно было представить себе в виде ящика с четырьмя отсеками-царствами, то теперь это скорее пышный куст из множества ветвей, которые группируются

Одинокий жгутиконосец ищет семью

Обновленная систематика эукариот еще не устоялась окончательно. Биологи то и дело пересматривают родственные связи этих существ, основываясь на анализе их генома и микроструктуры клеток. А некоторые организмы и вовсе остаются сиротами — у ученых просто недостаточно данных, чтобы отнести их к какой-либо из супергрупп.

Одним из таких видов-сирот был оснащенный двумя жгутиками крошечный хищник Ancoracysta twista. Российские биологи Денис Тихоненков (Denis Tikhonenkov) и Александр Мыльников (Alexander Mylnikov) из Института биологии внутренних вод РАН вместе с коллегами из Канады, США, Великобритании и Швеции обнаружили его в пробах воды и слизи кораллов, взятых в 2010 году в морском аквариуме в городе Сан-Диего, — а спустя семь лет описали. От других эукариот A. twista отличается наличием стрекательных органелл (экструсом) необычной формы, которые позволяют охотиться на одноклеточную добычу, а также крупным митохондриальным геномом. Но найти Ancoracysta twista место в какой-либо из известных супергрупп тогда не удалось.

Но загадочный жгутиконосец недолго оставался сиротой. Теперь Тихоненков и его соавторы из России, Канады, Великобритании и Франции нашли семью этого существа — а заодно описали целую супергруппу эукариот, которая до сих пор оставалась неизвестной науке.

Открытие было сделано во время анализа проб, собранных на коралловых рифах острова Кюрасао в Карибском море, в прибрежных отложениях Черного и Красного морей, а также на северо-востоке Тихого океана. Чтобы больше узнать о видовом разнообразии живых организмов в этих пробах, исследователи добавляли в них бактерий Pseudomonas fluorescens, ожидая, что на таком корме питающиеся микроорганизмами эукариоты размножатся и их легче будет обнаружить.

Так и произошло. Но помимо уже известных хищных протистов биологи через несколько дней неожиданно увидели в образцах совершенно незнакомых им созданий: мелких, подвижных и заметно отличающихся от остальных одноклеточных эукариот. Общими чертами этих существ оказались клеточный рот (цитостом) в виде вентральной бороздки, сложно устроенные клеточные покровы, стрекательные органеллы и пара жгутиков разной формы, каждый из которых закреплен в своем кармане. Из широко известных видов они напоминали жгутиконосцев-бактериофагов из рода Bodo.

Первое из этих созданий удалось обнаружить в пробах воды из Арктики. В образцах, взятых в 2015 году в Карском море на глубине 20 метров, ученые увидели необычного эукариота, который получил название Nibbleromonas kosolapovi — в честь первооткрывательницы — коллеги Тихоненкова Натальи Косолаповой (Natalia G. Kosolapova). А потом похожие существа нашлись и в пробах из других уголков мира.

Тихоненков и его соавторы предположили, что перед ними хищники, которые питаются другими эукариотическими микроорганизмами, своеобразные львы и тигры мира простейших. Сначала их численность в образцах была слишком низкой, чтобы ученые могли их заметить, — возможно, всего по несколько особей в каждой пробе. Однако миниатюрных хищников стало намного больше после того, как их жертвы размножились на бактериальной подкормке. В конце концов они попались на глаза ученым.

В попытке больше узнать о необычных существах исследователи отлавливали их из образцов с помощью микропипеток и культивировали в отдельных емкостях, в качестве пищи предоставляя жгутиконосцев Procryptobia sorokini. В результате с крошечными хищниками, которым дали научное название Provora (от латинского глагола «vorare» — пожирать), удалось познакомиться поближе. Благодаря этому ученые подробно изучили этих созданий и классифицировали их, разделив на пять видов и четыре рода.

Кроме того, к проворам отнесли два уже описанных вида и рода хищных протистов. Первый из них — знакомый нам сирота Ancoracysta twista. Уникальные особенности строения этого вида выделяют его среди всех одноклеточных эукариот, но делают своим среди Provora. Второй — жгутиконосец «Colponema» marisrubri, которого Мыльников и Тихоненков описали более 10 лет назад на основе образцов, собранных на кораллах в Красном море. Данный вид, получивший новое имя Nebulomonas marisrubri, по строению очень похож на других провор.

О родственных связях и разорванных жертвах

Сейчас в группе Provora менее десяти видов. Однако в разговоре с N + 1 Денис Тихоненков высказал предположение, что в будущем ему и его коллегам удастся обнаружить и другие виды этих миниатюрных хищников — возможно, несколько сотен, хотя и не больше тысячи.

На это указывают результаты дополнительного исследования, в ходе которого первооткрыватели провор решили поискать в пробах со всего мира характерные для этих протистов последовательности генов 18S рРНК малой субъединицы рибосомы (эти гены часто используется, чтобы определить видовую принадлежность и степень родства живых организмов). В результате они обнаружили следы присутствия по крайней мере 40 гипотетических видов из супергруппы Provora, распространенных от коралловых рифов и поверхности океана до морского дна, а также в солоноватых и пресных водах (но не в почве). Впрочем, на фоне разнообразия некоторых других групп микроскопических эукариот даже предполагаемое разнообразие провор кажется скромным. Например, диатомовых водорослей (Bacillariophyceae) насчитывается около 20 тысяч видов.

Хотя разнообразие провор пока невелико, исследователи уже успели разделить все известные виды на две клады: Nebulidia и Nibbleridia. В первую входят более крупные виды с яйцевидной формой тела, достигающие около десяти микронов в длину: A. twista и N. marisrubri. Они охотятся на одноклеточных эукариот, заглатывая их целиком (такой тип кормления называется фагоцитозом).

Ко второй относятся Ubysseya fretuma и четыре вида из рода Nibbleromonas, которые дорастают до трех микронов в длину. Тела у них серповидные, а под вентральной бороздкой располагается шип с пятью-шестью крупными стрекательными органеллами — они помогают в охоте. Как и небулиды, нибблериды способны глотать добычу целиком.

Однако помимо этого они с помощью вентральной бороздки и расположенных в ней зубовидных выпячиваний отгрызают от клеток жертв крупные куски и проглатывают их. Такое поведение ранее не отмечалось среди хищных протистов. Кроме того, для нибблерид характерны отдельные особенности строения, которые встречаются только у немногих неродственных им эукариот. Среди них, например, пара продольных складок на поверхности тела и нитевидные включения в митохондриях. Возможно, нибблериды сохранили некоторые предковые черты сразу нескольких супергрупп.

Эволюционная дистанция между двумя кладами провор очень велика. Если сопоставить генетические данные с современными калибровками молекулярных часов, то окажется, что Nebulidia и Nibbleridia разошлись уже около 1,8 миллиарда лет назад. Это соответствует позднему палеопротерозою. Впрочем, от остальных живых организмов обе клады Provora отделены еще более значительной генетической пропастью, чем друг от друга. По оценкам исследователей, небулиды и нибблериды отличаются от представителей других супергрупп в среднем на 170-180 нуклеотидных замен в гене 18S рРНК малой субъединицы рибосомы. Для сравнения, различия между человеком и морской свинкой по этому гену составляют всего шесть нуклеотидов. Однако есть у нас и нечто общее с загадочными микроскопическими хищниками, отмечает Тихоненков. Например, порообразующие цитолитические белки провор, которые, вероятно, используются во время охоты, напоминают белки, участвующие в работе иммунитета животных.

К каким именно из уже известных супергрупп наиболее близки проворы, пока остается неизвестным. Попытки установить их родство с помощью транскриптомного анализа дают противоречивые результаты, которые разнятся в зависимости от методики. При этом анализ всякий раз подтверждает, что Provora — монофилетическая группа. Наиболее вероятно, что сестринскими по отношению к проворам следует считать супергруппы Haptista и TSAR.

Если вы настолько вдохновились успехом биологов, что решили поискать провор под световым микроскопом в капле воды из ближайшего пруда, то спешим вас разочаровать. Судя по данным секвенирования ДНК из природных проб, в пресных водоемах эти существа относительно редки. Однако если взять каплю воды из моря или океана, то шансы увидеть в ней львов микромира намного выше.

Как спрятаться у всех под носом

Открытие Provora — большой успех в систематике. Тихоненкову и его коллегам удалось описать новую супергруппу эукариот, которая оставалась незамеченной на протяжении ста лет активных наблюдений. Однако почему небулиды и нибблериды, которые встречаются в морях и океанах по всему миру, от коралловых рифов Карибского и Красного морей до холодных вод Карского моря, так долго не попадались на глаза ученым? Возможных объяснений несколько.

Во-первых, как и многие другие хищники, эти простейшие встречаются куда реже своих жертв. Нечто подобное наблюдается и в царстве животных: например, львов в африканской саванне куда меньше, чем антилоп гну. Во-вторых, при беглом взгляде в микроскоп представители группы Provora напоминают других жгутиконосцев с двумя жгутиками и потому кажутся совершенно непримечательными. При этом они настолько мелкие и подвижные, что поймать их микропипеткой ради внимательного изучения непросто. Наконец, небулид и нибблерид трудно культивировать в лаборатории, поскольку они требуют особых условий и обилия корма — других микроскопических эукариот.

«Другие исследователи наверняка видели их в пробах, но просто не связывались с ними, понимая, что такие быстрые клетки трудно изучать, и, вероятно, предполагая, что они не столь интересные», — отмечает Тихоненков.

Судя по всему, проворы — далеко не последняя супергруппа эукариот, которую предстоит открыть биологам. Первыми представителями этого таксона были два жгутиконосца с неясным систематическим положением — A. twista и N. marisrubri. Лишь после описания Provora им удалось найти подходящее место среди других живых организмов. Однако ученым известны и другие протисты, которые не вписываются в существующую классификацию эукариот. Некоторые из них известны только по рисункам в литературе конца XIX — начала XX века. Другие встречаются в пробах, но так редко, что изучить их как следует невозможно. Наконец, есть виды, для которых отсеквенирован только ген 18S рРНК малой субъединицы рибосомы, который указывает на их уникальное систематическое положение — но больше никакой информации не дает. Высока вероятность, что какие-то из этих видов являются представителями неизвестных ранее супергрупп.

Находка новой супергруппы эукариот важна не только с теоретической, но и с практической точки зрения. Дело в том, что присутствие в водоемах всего мира микроскопических хищных протистов, которые охотятся на других эукариот, следует учитывать во время экологических исследований, например, при моделировании пищевых цепей и потока вещества и энергии. Кроме того, в теории прожорливые Provora могут помочь людям бороться с протистами, которые вызывают болезни или вредят сельскому хозяйству.

«Идея использовать провор для биологических методы борьбы имеет право на жизнь, — считает Тихоненков. — Чтобы оценить ее потенциал, нужны эксперименты на живых культурах — подсаживать провор к тем организмам, которых мы хотим, чтобы кто-то съел».

Особенности животного мира – биология

Введение в разнообразие животных

OpenStaxCollege

[латексная страница]

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Перечислить особенности, которые отличают королевство Animalia от других королевств
  • Объяснять процессы репродукции животных и эмбрионального развития
  • Опишите роль, которую Hox-гены играют в развитии

Несмотря на то, что представители царства животных невероятно разнообразны, у большинства животных есть определенные черты, отличающие их от организмов других царств. Все животные — эукариотические, многоклеточные организмы, и почти все животные имеют сложную структуру тканей с дифференцированными и специализированными тканями. Большинство животных подвижны, по крайней мере, на определенных этапах жизни. Всем животным требуется источник пищи, и поэтому они гетеротрофны, поедая другие живые или мертвые организмы; эта особенность отличает их от автотрофных организмов, таких как большинство растений, которые синтезируют собственные питательные вещества посредством фотосинтеза. Будучи гетеротрофами, животные могут быть плотоядными, травоядными, всеядными или паразитами ([ссылка]

аб ). Большинство животных размножаются половым путем, и потомство проходит ряд стадий развития, которые устанавливают определенный и фиксированный план тела. План тела относится к морфологии животного, определяемой сигналами развития.

Все животные — гетеротрофы, получающие энергию из пищи. (а) Черный медведь — всеядное животное, питающееся как растениями, так и животными.

(b) Сердечный червь Dirofilaria immitis является паразитом, который получает энергию от своих хозяев. Он проводит личиночную стадию в комарах, а взрослую стадию заражает сердце собак и других млекопитающих, как показано здесь. (кредит а: модификация работы Лесной службой Министерства сельского хозяйства США; балл б: модификация работы Клайда Робинсона)


Как многоклеточные организмы, животные отличаются от растений и грибов тем, что их клетки не имеют клеточных стенок, их клетки могут быть встроены во внеклеточный матрикс (такой как кость, кожа или соединительная ткань), а их клетки имеют уникальные структуры для межклеточного взаимодействия. коммуникации (например, щелевые соединения). Кроме того, животные обладают уникальными тканями, отсутствующими у грибов и растений, которые обеспечивают координацию (нервная ткань) подвижности (мышечная ткань). Животные также характеризуются специализированными соединительными тканями, которые обеспечивают структурную поддержку клеток и органов.

Эта соединительная ткань представляет собой внеклеточное окружение клеток и состоит из органических и неорганических материалов. У позвоночных костная ткань представляет собой тип соединительной ткани, поддерживающей всю структуру тела. Сложные тела и деятельность позвоночных требуют таких поддерживающих тканей. Эпителиальные ткани покрывают, выстилают, защищают и секретируют. Эпителиальные ткани включают эпидермис покровов, слизистую оболочку пищеварительного тракта и трахеи, составляют протоки печени и желез развитых животных.

Царство животных делится на Parazoa (губки) и Eumetazoa (все остальные животные). Как и очень простые животные, организмы группы Parazoa («кроме животных») не содержат настоящих специализированных тканей; хотя они и обладают специализированными клетками, выполняющими различные функции, эти клетки не организованы в ткани. Эти организмы считаются животными, поскольку у них нет способности производить себе пищу. Животные с настоящими тканями относятся к группе Eumetazoa («настоящие животные»).

Когда мы думаем о животных, мы обычно думаем о эвметазоях, поскольку большинство животных попадают в эту категорию.

Различные типы тканей у настоящих животных отвечают за выполнение определенных функций в организме. Эта дифференциация и специализация тканей является частью того, что обеспечивает такое невероятное разнообразие животных. Например, эволюция нервной и мышечной тканей привела к уникальной способности животных быстро ощущать и реагировать на изменения в окружающей их среде. Это позволяет животным выживать в среде, где они должны конкурировать с другими видами, чтобы удовлетворить свои потребности в питании.

Ссылка на обучение


Посмотреть презентацию биолога Е.О. Уилсон о важности разнообразия.

Большинство животных являются диплоидными организмами, что означает, что их тела (соматические) клетки являются диплоидными, а гаплоидные репродуктивные клетки (гаметы) образуются в результате мейоза. Существуют некоторые исключения: например, у пчел, ос и муравьев самец гаплоидный, потому что он развивается из неоплодотворенных яиц.

У большинства животных происходит половое размножение: этот факт отличает животных от грибов, простейших и бактерий, для которых бесполое размножение является обычным или исключительным. Однако некоторые группы, такие как книдарии, плоские черви и круглые черви, размножаются бесполым путем, хотя почти все эти животные также имеют половую фазу своего жизненного цикла.

Процессы репродукции животных и эмбрионального развития

При половом размножении гаплоидные гаметы мужских и женских особей вида объединяются в процессе, называемом оплодотворением. Как правило, маленький подвижный мужской сперматозоид оплодотворяет более крупную сидячую женскую яйцеклетку. В результате этого процесса образуется диплоидная оплодотворенная яйцеклетка, называемая зиготой.

Некоторые виды животных, в том числе морские звезды и актинии, а также некоторые насекомые, рептилии и рыбы, способны к бесполому размножению. Наиболее распространенные формы бесполого размножения стационарных водных животных включают почкование и фрагментацию, когда часть родительской особи может отделиться и превратиться в новую особь. Напротив, форма бесполого размножения, обнаруженная у некоторых насекомых и позвоночных, называется партеногенезом (или «девственным началом»), когда неоплодотворенные яйца могут развиваться в новое потомство мужского пола. Такой тип партеногенеза называется гаплодиплоидией. Эти типы бесполого размножения производят генетически идентичное потомство, что невыгодно с точки зрения эволюционной приспособляемости из-за потенциального накопления вредных мутаций. Однако для животных, которые ограничены в своей способности привлекать партнеров, бесполое размножение может обеспечить генетическое размножение.

После оплодотворения происходит ряд стадий развития, во время которых формируются и реорганизуются первичные зародышевые листки с образованием эмбриона. В ходе этого процесса ткани животных начинают специализироваться и организовываться в органы и системы органов, определяя их будущую морфологию и физиологию. Некоторые животные, например кузнечики, претерпевают неполную метаморфозу, при которой детеныши напоминают взрослых особей. Другие животные, такие как некоторые насекомые, претерпевают полную метаморфозу, когда особи вступают в одну или несколько личиночных стадий, которые могут отличаться по строению и функциям от взрослых особей ([ссылка]). Что касается последних, у молодых и взрослых особей может быть разный рацион, что ограничивает конкуренцию за пищу между ними. Независимо от того, претерпевает ли вид полный или неполный метаморфоз, ряд стадий развития зародыша остается в основном одинаковым для большинства представителей животного мира.

(a) Кузнечик претерпевает неполный метаморфоз. (b) Бабочка претерпевает полное превращение. (кредит: SE Snodgrass, USDA)


Процесс развития животных начинается с расщепления или серии митотических клеточных делений зиготы ([ссылка]). Три клеточных деления превращают одноклеточную зиготу в восьмиклеточную структуру. После дальнейшего клеточного деления и перестройки существующих клеток образуется 6-32-клеточная полая структура, называемая бластулой. Затем бластула подвергается дальнейшему клеточному делению и клеточной перестройке во время процесса, называемого гаструляцией. Это приводит к образованию следующей стадии развития — гаструлы, в которой формируется будущая пищеварительная полость. Различные слои клеток (называемые зародышевыми листками) образуются во время гаструляции. Эти зародышевые листки запрограммированы на развитие в определенные типы тканей, органов и систем органов в ходе процесса, называемого органогенезом.

Во время эмбрионального развития зигота претерпевает серию митотических клеточных делений, или расщеплений, с образованием восьмиклеточной стадии, а затем полой бластулы. Во время процесса, называемого гаструляцией, бластула загибается внутрь, образуя полость в гаструле.


Ссылка на обучение


Посмотрите следующее видео, чтобы увидеть, как эмбриональное развитие человека (после стадий развития бластулы и гаструлы) отражает эволюцию.

Роль гомеобокса (

Hox ) Гены в развитии животных

С начала 19 -х века ученые наблюдали, что многие животные, от очень простых до сложных, имеют сходную эмбриональную морфологию и развитие. Удивительно, но человеческий эмбрион и эмбрион лягушки на определенной стадии эмбрионального развития выглядят поразительно похожими. Долгое время ученые не понимали, почему так много видов животных выглядели одинаково во время эмбрионального развития, но сильно отличались во взрослом состоянии. Им было интересно, что определяет направление развития мухи, мыши, лягушки или человеческого эмбриона. Ближе к концу 20 9В 0080-м -м веке был открыт особый класс генов, которые выполняли именно эту работу. Эти гены, определяющие структуру животного, называются «гомеозисными генами», и они содержат последовательности ДНК, называемые гомеобоксами. Гены животных, содержащие последовательности гомеобокса, конкретно обозначаются как гены Hox . Это семейство генов отвечает за определение общего плана тела, такого как количество сегментов тела животного, количество и расположение придатков, а также направление головы и хвоста животного. Первые 9Гены 0027 Hox , подлежащие секвенированию, принадлежали плодовой мушке ( Drosophila melanogaster ). Единственная мутация Hox у плодовой мушки может привести к тому, что из «неправильной» части тела вырастет дополнительная пара крыльев или даже придатков.

Хотя существует огромное количество генов, играющих роль в морфологическом развитии животного, гены Hox настолько сильны, что они служат главными контрольными генами, которые могут включать или выключать большое количество других генов. 9Гены 0027 Hox делают это, кодируя факторы транскрипции, которые контролируют экспрессию многих других генов. Гены Hox гомологичны в царстве животных, то есть генетические последовательности генов Hox и их положение на хромосомах удивительно сходны у большинства животных из-за их присутствия у общего предка, от червей до мух, мышей и человек ([ссылка]). Одним из вкладов в увеличение сложности тела животных является то, что генов Hox претерпели по крайней мере два события дупликации в ходе эволюции животных, а дополнительные гены позволили развиться более сложным типам телосложения.

Art Connection

Гены Hox представляют собой высококонсервативные гены, кодирующие факторы транскрипции, которые определяют ход эмбрионального развития у животных. У позвоночных гены продублированы в четыре кластера: Hox-A , Hox-B , Hox-C и Hox-D . Гены внутри этих кластеров экспрессируются в определенных сегментах тела на определенных стадиях развития. Здесь показана гомология между генами Hox у мышей и людей. Обратите внимание, как экспрессия гена Hox, обозначенная оранжевой, розовой, синей и зеленой штриховкой, происходит в одних и тех же сегментах тела как у мыши, так и у человека.


Если ген Hox 13 у мыши заменить геном Hox 1 , как это может изменить развитие животных?

Животное может иметь две головы и не иметь хвоста. –>

Животные представляют собой невероятно разнообразное царство организмов. Хотя сложность животных варьируется от простых морских губок до человека, большинство представителей животного мира имеют определенные общие черты. Животные — это эукариотические, многоклеточные, гетеротрофные организмы, которые поглощают пищу и обычно развиваются в подвижных существ с фиксированным строением тела. Основной характеристикой, уникальной для царства животных, является наличие дифференцированных тканей, таких как нервная, мышечная и соединительная ткани, которые специализированы для выполнения определенных функций. Большинство животных размножаются половым путем, что приводит к ряду эмбриональных стадий развития, которые относительно сходны во всем царстве животных. Класс генов контроля транскрипции, называемый 9Гены 0027 Hox управляют организацией основных планов тела животных, и эти гены сильно гомологичны во всем царстве животных.

[ссылка] Если ген Hox 13 у мыши заменить геном Hox 1 , как это может повлиять на развитие животных?

[ссылка] У животного может развиться две головы и не быть хвоста.

Какой из следующих признаков не является общим для большинства животных?

  1. развитие в фиксированный план кузова
  2. бесполое размножение
  3. специализированные ткани
  4. гетеротрофный источник питательных веществ

B

Во время эмбрионального развития уникальные слои клеток развиваются и различаются на стадии, называемой ________.

  1. стадия бластулы
  2. стадия зародышевого слоя
  3. стадия гаструлы
  4. стадия органогенеза

C

Какой из следующих фенотипов, скорее всего, будет результатом Мутация гена Hox ?

  1. аномальная длина или высота тела
  2. два разных цвета глаз
  3. заражение генетическим заболеванием
  4. на два придатка меньше, чем обычно

Д

Почему эволюция специализированных тканей может быть важна для функционирования и сложности животных?

Развитие специализированных тканей приводит к более сложной анатомии и физиологии животных, поскольку дифференцированные типы тканей могут выполнять уникальные функции и работать вместе в тандеме, позволяя животному выполнять больше функций. Например, специализированная мышечная ткань обеспечивает направленное и эффективное движение, а специализированная нервная ткань допускает множественные сенсорные модальности, а также способность реагировать на различную сенсорную информацию; эти функции не обязательно доступны другим неживотным организмам.

Опишите и приведите примеры того, как люди проявляют все черты, общие для царства животных.

Люди — многоклеточные организмы. Они также содержат дифференцированные ткани, такие как эпителиальная, мышечная и нервная ткани, а также специализированные органы и системы органов. Как гетеротрофы люди не могут производить свои собственные питательные вещества и должны получать их, поглощая другие организмы, такие как растения, грибы и животные. Люди подвергаются половому размножению, а также проходят те же стадии эмбрионального развития, что и другие животные, что в конечном итоге приводит к фиксированному и подвижному плану тела, контролируемому в значительной степени Hox генов.

Каким образом генов Hox способствовали разнообразию строения тела животных?

Измененная экспрессия гомеозисных генов может привести к серьезным изменениям в морфологии человека. генов Hox могут влиять на пространственное расположение органов и частей тела. Если ген Hox был мутирован или продублирован, это может повлиять на то, где может быть нога у плодовой мухи или как далеко друг от друга расположены пальцы человека.

Глоссарий

бластула
16–32-клеточная стадия развития эмбриона животного
план кузова
морфология или постоянная форма организма
декольте
деление клетки оплодотворенной яйцеклетки (зиготы) с образованием многоклеточного эмбриона
гаструла
стадия развития животных, характеризующаяся формированием пищеварительной полости
зародышевый слой
совокупность клеток, образующихся во время эмбриогенеза, которые дадут начало будущим тканям тела, более выраженные в эмбриогенезе позвоночных
Нох-ген
(также ген гомеобокса) основной контрольный ген, который может включать или выключать большое количество других генов во время эмбриогенеза
органогенез
формирование органов в эмбриогенезе животных

Особенности животного мира — Введение в биологию: эволюционные и экологические перспективы

К концу этого раздела вы сможете:

  • Перечислить признаки, отличающие царство животных от других царств
  • Объяснять процессы репродукции животных и эмбрионального развития
  • Опишите иерархию базовой классификации животных
  • Сравните и сопоставьте эмбриональное развитие первичноротых и вторичноротых

Несмотря на то, что представители царства животных невероятно разнообразны, животные имеют общие черты, отличающие их от организмов других царств. Все животные — эукариотические, многоклеточные организмы, и почти все животные имеют специализированные ткани. Большинство животных подвижны, по крайней мере, на определенных этапах жизни. Животным для роста и развития требуется источник пищи. Все животные гетеротрофны, питаются живыми или мертвыми органическими веществами. Эта форма получения энергии отличает их от автотрофных организмов, таких как большинство растений, которые производят свои собственные питательные вещества посредством фотосинтеза, и от грибов, которые переваривают свою пищу извне. Животные могут быть плотоядными, травоядными, всеядными или паразитами (рис. 1). Большинство животных размножаются половым путем: потомство проходит ряд стадий развития, которые определяют определенный план тела, в отличие, например, от растений, у которых точная форма тела неопределенна. План тела относится к форме животного.

Рисунок 1: Все животные, получающие энергию из пищи, являются гетеротрофами. (а) Черный медведь — всеядное животное, питающееся как растениями, так и животными. (b) сердечный червь Dirofilaria immitis — паразит, получающий энергию от своих хозяев. Он проводит личиночную стадию в комарах, а взрослую стадию заражает сердца собак и других млекопитающих, как показано здесь. (кредит a: модификация работы Лесной службы Министерства сельского хозяйства США; кредит b: модификация работы Клайда Робинсона)

Сложная структура ткани

Отличительной чертой животных являются специализированные структуры, дифференцированные для выполнения уникальных функций. Как многоклеточные организмы, у большинства животных развиваются специализированные клетки, которые группируются в ткани со специализированными функциями. Ткань – это совокупность сходных клеток, имеющих общее эмбриональное происхождение. Различают четыре основных типа тканей животных: нервную, мышечную, соединительную и эпителиальную. Нервная ткань содержит нейроны или нервные клетки, передающие нервные импульсы. Мышечная ткань сокращается, вызывая все типы движений тела, от передвижения организма до движений внутри самого тела. У животных также есть специализированные соединительные ткани, которые выполняют множество функций, включая транспортную и структурную поддержку. Примеры соединительных тканей включают кровь и кости. Соединительная ткань состоит из клеток, разделенных внеклеточным материалом, состоящим из органических и неорганических материалов, таких как белковые и минеральные отложения кости. Эпителиальная ткань покрывает внутреннюю и внешнюю поверхности органов внутри тела животного и внешнюю поверхность тела организма.

КОНЦЕПЦИИ В ДЕЙСТВИИ

Просмотрите это видео, чтобы посмотреть презентацию биолога Е.О. Уилсон о важности разнообразия животных.

 

Большинство животных имеют диплоидные клетки тела (соматические) и небольшое количество гаплоидных репродуктивных (гаметных) клеток, образующихся в результате мейоза. Существуют некоторые исключения: например, у пчел, ос и муравьев самец гаплоидный, потому что он развивается из неоплодотворенного яйца. У большинства животных происходит половое размножение, но у многих есть и механизмы бесполого размножения.

Половое размножение и эмбриональное развитие

Почти все виды животных способны к половому размножению; для многих это единственный возможный способ воспроизводства. Это отличает животных от грибов, протистов и бактерий, у которых бесполое размножение является обычным или исключительным. Во время полового размножения мужские и женские гаметы вида объединяются в процессе, называемом оплодотворением. Как правило, маленькие подвижные мужские сперматозоиды перемещаются в более крупную сидячую женскую яйцеклетку. Форма сперматозоидов разнообразна и включает клетки со жгутиками или амебоидные клетки для облегчения подвижности. В результате оплодотворения и слияния ядер гамет образуется зигота. Оплодотворение может быть внутренним, особенно у наземных животных, или внешним, как это часто бывает у многих водных видов.

После оплодотворения происходит последовательность развития, когда клетки делятся и дифференцируются. Многие события в процессе развития являются общими для групп родственных видов животных, и эти события являются одним из основных способов, с помощью которых ученые классифицируют группы животных высокого уровня. В процессе развития клетки животных специализируются и образуют ткани, определяющие их будущую морфологию и физиологию. У многих животных, таких как млекопитающие, детеныши напоминают взрослых. Другие животные, такие как некоторые насекомые и амфибии, претерпевают полный метаморфоз, при котором особи переходят на одну или несколько личиночных стадий. Для этих животных молодые и взрослые имеют разные диеты, а иногда и места обитания. У других видов происходит процесс неполного превращения, при котором детеныши несколько напоминают взрослых особей и проходят ряд стадий, разделенных линьками (сбрасыванием кожи), пока не достигают окончательной взрослой формы.

Бесполое размножение

Бесполое размножение, в отличие от полового, дает потомство, генетически идентичное друг другу и родителю. Ряд видов животных, особенно бесхребетные, но даже некоторые рыбы, земноводные и рептилии, способны к бесполому размножению. Бесполое размножение, за исключением случайных однояйцевых двойников, отсутствует у птиц и млекопитающих. К наиболее распространенным формам бесполого размножения стационарных водных животных относятся почкование и фрагментация, при которых часть родительской особи может отделиться и превратиться в новую особь. Напротив, форма бесполого размножения, обнаруженная у некоторых беспозвоночных и редких позвоночных, называется партеногенезом (или «девственным началом»), при котором неоплодотворенные яйца развиваются в новое потомство.

Классификационные признаки животных

Животные классифицируются в соответствии с морфологическими характеристиками и особенностями развития, такими как строение тела. План тела животных, за исключением губок, симметричен. Это означает, что их распределение частей тела сбалансировано по оси. Дополнительные характеристики, которые способствуют классификации животных, включают количество слоев ткани, образующихся в процессе развития, наличие или отсутствие внутренней полости тела и другие особенности эмбриологического развития.

ВИЗУАЛЬНАЯ СВЯЗЬ

Рис. 2: Филогенетическое древо животных основано на морфологических, ископаемых и генетических данных.

 

Какое из следующих утверждений неверно?

  1. У Eumetazoa есть специализированные ткани, а у Parazoa нет.
  2. И акоеломаты, и псевдоцеломаты имеют полость тела.
  3. Судя по рисунку, хордовые более тесно связаны с иглокожими, чем с коловратками.
  4. Некоторые животные имеют радиальную симметрию, а некоторые животные имеют двустороннюю симметрию.


Ответ:
Утверждение 2 неверно.

Симметрия тела

Животные могут иметь асимметричную, радиальную или двустороннюю форму (рис. 3). Асимметричные животные — это животные без рисунка или симметрии; примером асимметричного животного является губка (рис. 3а). Организм с радиальной симметрией (рис. 3b) имеет продольную (вверх-вниз) ориентацию: любая плоскость, разрезаемая вдоль этой оси вверх-вниз, дает примерно зеркальные половины. Примером организма с радиальной симметрией является актиния.

Рисунок 3: Животные демонстрируют различные типы симметрии тела. Губка (а) асимметрична и не имеет плоскостей симметрии, актиния (б) имеет радиальную симметрию с несколькими плоскостями симметрии, а козел (в) имеет двустороннюю симметрию с одной плоскостью симметрии.

Двусторонняя симметрия проиллюстрирована на рисунке 3c с использованием козла. У козла также есть верхняя и нижняя стороны, но они не симметричны. Вертикальная плоскость, разрезанная спереди назад, разделяет животное на правую и левую стороны примерно зеркально. У животных с билатеральной симметрией также есть «голова» и «хвост» (передняя или задняя), а также спина и нижняя сторона (дорсальная или брюшная).

КОНЦЕПЦИИ В ДЕЙСТВИИ

Посмотрите это видео, чтобы увидеть краткий обзор различных типов симметрии тела.

 

Слои тканей

У большинства видов животных происходит наслоение ранних тканей во время эмбрионального развития. Эти слои называются зародышевыми слоями. Каждый слой развивается в определенный набор тканей и органов. У животных развиваются два или три слоя эмбриональных зародышей (рис. 4). У животных с радиальной симметрией развиваются два зародышевых листка: внутренний (энтодерма) и наружный (эктодерма). Этих животных называют диплобластами. У животных с двусторонней симметрией развиваются три зародышевых листка: внутренний (энтодерма), наружный (эктодерма) и средний (мезодерма). Животных с тремя зародышевыми листками называют триплобластами.

Рисунок 4: Во время эмбриогенеза в диплобластах развиваются два эмбриональных зародышевых листка: эктодерма и энтодерма. Триплобласты образуют третий слой — мезодерму — между энтодермой и эктодермой.

Наличие или отсутствие целома

Триплобласты могут образовывать внутреннюю полость тела, происходящую из мезодермы, называемую целомом (pr. see-LŌM). Эта выстланная эпителием полость представляет собой пространство, обычно заполненное жидкостью, которое находится между пищеварительной системой и стенкой тела. В нем находятся такие органы, как почки и селезенка, а также система кровообращения. Триплобласты, не развивающие целома, называются ацеломатами, и их область мезодермы полностью заполнена тканью, хотя они имеют полость кишки. Примеры акоеломатов включают плоских червей. Животных с истинным целомом называют эуцеломатами (или целоматами) (рис. 5). Истинный целом возникает полностью внутри зародышевого листка мезодермы. Такие животные, как дождевые черви, улитки, насекомые, морские звезды и позвоночные, относятся к эуцеломатам. Третья группа триплобластов имеет полость тела, которая происходит частично из мезодермы и частично из ткани энтодермы. Этих животных называют псевдоцеломатами. Круглые черви являются примерами псевдоцеломатов. Новые данные о взаимоотношениях псевдоцеломатов предполагают, что эти типы не являются тесно связанными, и поэтому эволюция псевдоцелома должна была происходить более одного раза (рис. 2). Истинные целоматы могут быть дополнительно охарактеризованы на основе особенностей их раннего эмбриологического развития.

Рисунок 5: Триплобласты могут быть ацеломатами, эуцеломатами или псевдоцеломатами. Эвцеломаты имеют полость тела внутри мезодермы, называемую целомом, которая выстлана мезодермальной тканью. Псевдоцеломаты имеют аналогичную полость тела, но она выстлана тканью мезодермы и энтодермы. (кредит a: модификация работы Яна Дерка; кредит b: модификация работы NOAA; кредит c: модификация работы USDA, ARS

Protostomes и Deuterostomes

Двусторонне-симметричные, триплобластные эуцеломаты можно разделить на две группы на основании различий в их раннем эмбриональном развитии. Первичноротые включают типы, такие как членистоногие, моллюски и кольчатые черви. К вторичноротым относятся хордовые и иглокожие. Эти две группы называются от того, какое отверстие пищеварительной полости развивается первым: ротовое или анальное. Слово protostom происходит от греческих слов, означающих «сначала рот», а deuterostome происходит от слов, означающих «второй рот» (в этом случае анус развивается первым).