Лабораторна работа номер 11 по биология. Задачи за монохибридно кръстосване

Фамилно име и общи характеристики на семейството

номер на растението

Характеристики на видовете

име на вида

първо растение

Второ растение

широчина

C. Linnaeus

I.Kant

А. Н. Радишчев

А.Каверзнев

Лаборатория № 14

„Идентифициране на антропогенни промени в екосистемите на техния район“

Цел: идентифициране на антропогенните промени в екосистемите на района и оценка на техните последици.

Работен процес.

Помислете за карти-схеми на територията през различни години.

Да се ​​разкрият антропогенните промени в местните екосистеми.

Оценете последиците от човешката икономическа дейност.

Лаборатория № 15

„Изготвяне на схеми за пренос на вещества и енергия (хранителни вериги)“

Цел: За да се консолидира способността за правилно определяне на последователността на организмите в хранителната верига, съставяне на трофична мрежа и изграждане на пирамида от биомаса.

Работен процес.

1. Назовете организмите, които трябва да бъдат на липсващото място на следните хранителни вериги:

От предложения списък на живите организми изградете хранителна мрежа: трева, ягодоплодни храсти, муха, синигери, жаба, змия, заек, вълк, гниещи бактерии, комари, скакалец. Посочете количеството енергия, което преминава от едно ниво на друго.

Познавайки правилото за пренос на енергия от едно трофично ниво на друго (около 10%), изградете пирамида от биомаса на третата хранителна верига (задача 1). Растителната биомаса е 40 тона.

Заключение: какво отразяват правилата на екологичните пирамиди?

лаборатория № 16

„Сравнителна характеристика на природните екосистеми и агроекосистемите на район Купински“

3. Направете заключение за необходимите мерки за създаване на устойчиви изкуствени екосистеми.

лаборатория № 17

"Изследване на промените в екосистемите върху биологични модели (аквариум)"

Цел: на примера на изкуствена екосистема, да се проследят промените, които настъпват под влиянието на условията на околната среда.

Работен процес.

Какви условия трябва да се спазват при създаването на аквариумна екосистема.

Опишете аквариума като екосистема, като посочите абиотични, биотични фактори на околната среда, компоненти на екосистемата (производители, консуматори, разложители).

Направете хранителни вериги в аквариума.

Какви промени могат да настъпят в аквариума, ако:

падаща пряка слънчева светлина;

живее в аквариум голям бройриба.

5. Направете заключение за последствията от промените в екосистемите.

лаборатория № 18

"Решаване на екологични проблеми"

Цел: Научете как да решавате прости екологични проблеми.

Работен процес.

Задача номер 1.

Като знаете правилото за десет процента, изчислете колко трева ви трябва, за да отглеждате един орел с тегло 5 кг (хранителна верига: трева - заек - орел). Условно приемете, че на всяко трофично ниво винаги се ядат само представители на предишното ниво.

Задача номер 2.

На площ от 100 км 2 годишна частична сеч на гората. При организирането на резервата на тази територия са отбелязани 50 лоса. След 5 години броят на лосовете нараства до 650 глави. След още 10 години броят на лосовете намалява до 90 глави и се стабилизира през следващите години на ниво от 80-110 глави.

Определете броя и плътността на популацията на лосовете:

а) към момента на създаване на резервата;

б) 5 години след създаването на резервата;

в) 15 години след създаването на резервата.

Задача №3

Общото съдържание на въглероден диоксид в земната атмосфера е 1100 млрд. т. Установено е, че за една година растителността усвоява почти 1 млрд. т въглерод. Приблизително същото количество се отделя в атмосферата. Определете колко години целият въглерод в атмосферата ще премине през организмите (атомното тегло на въглерода е 12, кислорода е 16).

Решение:

Нека изчислим колко тона въглерод се съдържа в земната атмосфера. Ние съставяме пропорцията: (моларна маса на въглероден оксид M (CO 2) = 12 t + 16 * 2t = 44 t)

44 тона въглероден диоксид съдържат 12 тона въглерод

В 1 100 000 000 000 тона въглероден диоксид - X тона въглерод.

44/1 100 000 000 000 = 12/X;

X \u003d 1 100 000 000 000 * 12/44;

X = 300 000 000 000 тона

В съвременната атмосфера на Земята има 300 000 000 000 тона въглерод.

Сега трябва да разберем колко време отнема количеството въглерод да „премине“ през живите растения. За да направите това, е необходимо да разделите резултата, получен от годишната консумация на въглерод от растенията на Земята.

X = 300 000 000 000 тона / 1 000 000 000 тона годишно

X = 300 години.

Така целият атмосферен въглерод след 300 години ще бъде напълно усвоен от растенията, ще бъде част от тях и отново ще попадне в земната атмосфера.

лаборатория № 19

„Анализ и оценка на последствията от собствените дейности в околната среда,

Глобални екологични проблеми и начини за решаването им"

Цел: научат за последствията от човешката дейност в околната среда.

Работен процес.

Попълни таблицата:

3. Отговорете на въпроса: Какво екологични проблеми, според вас най-сериозните и изискват незабавно решение? Защо?

Работилница по биология за 11 клас. Заключителният семинар включва 6 практически работи.

"Лаборатория № 1"

Лабораторна работа № 1 Идентифициране на изменчивостта при индивиди от един и същи вид.

Обективен:

За да формирате концепцията за променливостта на организмите, научете се да намирате признаци на наследствена изменчивост при представители на различни сортове растения и породи животни.

работен процес:

1. Разгледайте предложените изображения на организми, принадлежащи към един и същи вид. Маркирайте функции външна структура, общи за всички представители на един и същи вид, както и структурни особености, по които се различават.

2. Анализирайте на какво основание е извършена селекцията, в резултат на което са формирани сортовете и породите, посочени в таблицата.

Сортирайте опциите в колони.

размери на плодовете

млечност

външен вид

химичен състав на млякото

химичен състав на плодовете

характер (агресивен или добродушен)

мускулна маса

скорост на узряване на културите

специални поведенчески реакции

3. За да контролирате знанията, дайте отговори на тестови въпроси:

1) Различните морфологични форми на представители на един и същи вид, които са ви показани, са:

а) генетични мутации

б) резултат от изкуствен подбор

в) резултат от естествения подбор

2) Сортовете растения, изкуствено отгледани от човека, се наричат:

а) щамове

в) породи

д) популации

3) Сортовете животни, изкуствено отгледани от човека, се наричат:

а) щамове

в) породи

д) популации

4) В резултат на изкуствен подбор организмите:

а) придобиват полезни свойства за хората

б) придобиват свойства, които осигуряват лична адаптивност към околната среда

в) губят способността си за възпроизвеждане

4. Направете извод от извършената работа.

Сортове ябълки

Породи крави

Преглед на съдържанието на документа
"Лаборатория № 2"

Лаборатория №2

Идентифициране на адаптациите на организмите към околната среда

Цел:

Да се ​​формира концепцията за приспособимостта на организмите към околната среда, да се консолидира способността да се подчертават характеристиките на приспособимостта на организмите към околната среда.

работен процес:

1. Разгледайте предложените изображения на някои растения. Сравнете характеристиките на тяхната структура. Направете изводи за условията им на живот.

2. Определете какви особености на структурата и физиологията на сукулентното растение (кактус) причиняват различни адаптивни ефекти към местообитанието му. Поставете съответните характеристики в съответните клетки на приложената таблица.

3. Определете какви особености на структурата и физиологията на водното растение (водна лилия) предизвикват различни адаптивни ефекти към местообитанието му. Поставете съответните характеристики в съответните клетки на приложената таблица.

4. Разгледайте предложените изображения на две животни, адаптирани към водна средаместообитания (представител на клас хрущялни риби - акула и представител на клас бозайници - делфин). Анализирайте коя Общи чертиструктурата и функционирането на техните организми определят тяхната адаптивност към водния начин на живот. Анализирайте какви особености на структурата и функционирането на техните организми, които определят тази годност, са специфични за всеки от тези видове. За да направите това, въведете характеристиките, предложени от сценария, в необходимите клетки на таблицата.

5. За да контролирате знанията, дайте отговори на тестови въпроси.

6. Направете заключение за приспособимостта на организмите към околната среда.

Контрол на знанието:

Кактусови бодли, водна лилия и ягодови листа:

са хомоложни органи

са подобни тела

изпълняват същите функции

имат същата структура

Приликата на формата на тялото на акула и делфин е пример:

разминаване на характеристиките

конвергенция на характеристиките

ароморфоза

видообразуване

Особеността на структурата и начина на живот, отразяващи адаптацията на вида към комплекс от фактори външна среда, е наречен

външна структура

вътрешна структура

форма на живот

екологична група

Приспособимостта на организмите, принадлежащи към различни систематични групи, към едни и същи условия на околната среда може да се прояви в:

генетично сходство

морфологично сходство

Приспособимостта на организмите към околната среда възниква и се фиксира:

в процеса на естествен подбор

в процеса на изкуствен подбор

по невнимание поради мутации

Приспособимостта на организмите към околната среда се характеризира с:

характеристики на формата на тялото

особености на вътрешната структура на организмите

особености на поведението на животните

всички от горепосочените

Преглед на съдържанието на документа
"Лаборатория № 5"

Лаборатория № 5

Сравнителна характеристика на природните екосистеми (ливада) и агросистемите (житно поле).

Обективен: Научете се да сравнявате естествена биогеоценоза и агроценоза; обясняват причините за разкритите прилики и разлики; да могат да предвидят промени в тях.

работен процес:

1. Оценете движещите сили, които формират природните и агроекосистемите.

2. Оценявайте някои количествени характеристикиекосистеми.

3. Попълнете таблица 1.

4. Сравнете естествената екосистема и агроценозата, показани на фигурите, като изберете правилните характеристики от предложените варианти.

5. Попълнете таблица 2.

Маса 1.

: повече, по-малко, действието е насочено към постигане на максимална производителност, засяга екосистемата, ефектът върху екосистемата е минимален, не засяга екосистемата, повече, по-малко.

Таблица 2.

Изберете от списъка и добавете към таблицата: присъствието на консуматори в хранителните вериги, задължителен елемент от хранителната верига е човек, характеризиращ се с разнообразни екологични ниши, част от енергията или химикалите могат да бъдат изкуствено внесени от човек, неорганичните вещества, извлечени от производителите се връщат към почвата, наличието на производители в хранителните вериги, наличието на разложители в хранителните вериги, екосистемата, стабилна във времето без човешка намеса, неорганичните вещества, извлечени от производителите от почвата, се отстраняват от екосистемата, екосистемата се унищожава бързо без човешка намеса човекът има малък ефект върху кръговрата на веществата, основният източник на енергия е слънцето.

Изход.

Преглед на съдържанието на документа
"Лаборатория №3"

Практическа работа 3.

„Анализ и оценка на етичните аспекти на развитието на някои изследвания в областта на биотехнологиите“

Цел: да се анализират аспектите на развитието на някои изследвания в областта на биотехнологиите.

Оборудване: теоретичен материал по темата, карти със задачи.

Работен процес.

Упражнение 1.

Проучете теоретичния материал по темата "Биотехнологията е ..." и попълнете таблицата:

Задача 2. Проучете теоретичния материал по темата "Клониране" и попълнете таблицата:

Направете заключения относно етичните въпроси на биотехнологиите.

Заявление за PR 3 (теоретичен материал)

Технологии с префикс "био"

Генетично и клетъчно инженерство
Генетичното и клетъчното инженерство са най-важните методи (инструменти), лежащи в основата на съвременните биотехнологии.
Методите на клетъчното инженерство са насочени към изграждане на нов тип клетки. Те могат да се използват за пресъздаване на жизнеспособна клетка от отделни фрагменти. различни клетки, за да се комбинират цели клетки, принадлежащи на различни видове, за да се образува клетка, която носи генетичния материал както на оригиналните клетки, така и на други операции.

Методите на генното инженерство са насочени към конструиране на нови комбинации от гени, които не съществуват в природата. В резултат на използването на методи за генно инженерство е възможно да се получат рекомбинантни (модифицирани) РНК и ДНК молекули, за които отделни гени (кодиращи желания продукт) се изолират от клетките на организма. След определени манипулации с тези гени, те се въвеждат в други организми (бактерии, дрожди и бозайници), които, след като получат нов ген (гени), ще могат да синтезират крайни продукти със свойства, променени в посоката, необходима за човек. С други думи, Генното инженерствопозволява да се получат посочените (желани) качества на модифицирани или генетично модифицирани организми или т. нар. "трансгенни" растения и животни.

Генетичното инженерство е намерило най-голямото си приложение в селско стопанствои в медицината.

Хората винаги са мислили как да се научат да контролират природата и са търсили начини да получат например растения с подобрени качества: с високи добиви, по-едри и по-вкусни плодове или с повишена студоустойчивост. От древни времена селекцията е основният метод, използван за тази цел. Той е широко използван до момента и е насочен към създаване на нови и подобряване на съществуващи сортове културни растения, породи домашни животни и щамове микроорганизми с признаци и свойства, ценни за човека.

Развъждането се основава на подбора на растения (животни) с изразени благоприятни черти и по-нататъшно кръстосване на такива организми, докато генното инженерство ви позволява директно да се намесвате в генетичния апарат на клетката. Важно е да се отбележи, че в хода на традиционното отглеждане е много трудно да се получат хибриди с желаната комбинация от полезни черти, тъй като много големи фрагменти от геномите на всеки от родителите се пренасят в потомството, докато методите на генното инженерство правят възможно е да се работи най-често с един или няколко гена, като техните модификации не влияят на работата на други гени. В резултат на това, без да губите другите полезни свойстварастения, е възможно добавянето на една или повече полезни черти, което е много ценно за създаване на нови сортове и нови форми на растения. Стана възможно да се промени в растенията, например устойчивостта на климат и стрес, или тяхната чувствителност към насекоми или болести, често срещани в определени региони, към суша и др. Учените се надяват дори да получат такива видове дървета, които биха били устойчиви на пожари. Провеждат се обширни изследвания за подобряване хранителна стойностразлични земеделски култури като царевица, соя, картофи, домати, грах и др.

Исторически има "три вълни" в създаването на генетично модифицирани растения:

Втората вълна - началото на 2000-те - създаването на растения с нови потребителски свойства: маслодайни семена с високо съдържание и модифициран състав на масла, плодове и зеленчуци с високо съдържание на витамини, по-питателни зърнени култури и др.

В днешно време учените създават инсталации от "трета вълна", които ще се появят на пазара през следващите 10 години: инсталации за ваксини, биореакторни инсталации за производство на промишлени продукти (компоненти за различни видовепластмаса, багрила, технически масла и др.), растения - фабрики за лекарства и др.

Работата по генно инженерство в животновъдството има друга задача. Напълно постижима цел с настоящото ниво на технологиите е създаването на трансгенни животни със специфичен целеви ген. Например генът за някакъв ценен животински хормон (например хормон на растежа) се въвежда изкуствено в бактерия, която започва да я произвежда в големи количества. Друг пример: трансгенните кози, в резултат на въвеждането на съответния ген, могат да произвеждат специфичен протеин, фактор VIII, който предотвратява кървенето при пациенти с хемофилия, или ензим, тромбокиназа, който насърчава резорбцията на кръвен съсирек в кръвта съдове, което е важно за профилактиката и лечението на тромбофлебит при хора. Трансгенните животни произвеждат тези протеини много по-бързо, а самият метод е много по-евтин от традиционния.

В края на 90-те години на XX век. Американски учени се доближиха до получаването на селскостопански животни чрез клониране на ембрионални клетки, въпреки че тази посока все още се нуждае от допълнителни сериозни изследвания. Но при ксенотрансплантацията – присаждането на органи от един вид живи организми на друг – са постигнати несъмнени резултати. Най-голям успех се постига при използване на прасета с пренесени човешки гени в генотипа като донори на различни органи. В този случай има минимален риск от отхвърляне на орган.

Учените също така предполагат, че трансферът на ген ще помогне за намаляване на алергията на човек към краве мляко. Целенасочените промени в ДНК на кравите също трябва да доведат до намаляване на съдържанието на наситени мастни киселини и холестерол в млякото, което ще го направи още по-полезно за здравето.
Потенциалната опасност от използването на генетично модифицирани организми се изразява в два аспекта: безопасност на храните за човешкото здраве и последици за околната среда. Следователно, най-важната стъпка в създаването на генетично модифициран продукт трябва да бъде неговото цялостно изследване, за да се избегне рискът продуктът да съдържа протеини, които причиняват алергии, токсични вещества или някакви нови опасни компоненти.

Стойността на биотехнологиите за медицината .
Освен широкото си приложение в селското стопанство, на основата на генното инженерство възниква цял клон от фармацевтичната индустрия, наречен „ДНК индустрия“, който е един от съвременните клонове на биотехнологиите. Повече от една четвърт от всички лекарства, използвани в момента в света, съдържат съставки от растения. Генетично модифицираните растения са евтини и безопасен източникза получаване на напълно функционални медицински протеини (антитела, ваксини, ензими и др.) както за хора, така и за животни. Примери за прилагане на генното инженерство в медицината са също производството на човешки инсулин чрез използването на генетично модифицирани бактерии, производството на еритропоетин (хормон, който стимулира образуването на червени кръвни клетки в костен мозък. Физиологичната роля на този хормон е да регулира производството на еритроцити в зависимост от нуждата на организма от кислород) в клетъчна култура (т.е. извън човешкото тяло) или нови породи експериментални мишки за научни изследвания.

Развитието на методите за генно инженерство, базирани на създаването на рекомбинантна ДНК, доведе до "биотехнологичния бум", на който сме свидетели. Благодарение на постиженията на науката в тази област стана възможно не само да се създават "биологични реактори", трансгенни животни, генетично модифицирани растения, но и да се извършва генетично сертифициране (пълно изследване и анализ на човешкия генотип, обикновено извършван навън веднага след раждането, за да се определи предразположеността към различни заболявания, възможна неадекватна (алергична) реакция към определени лекарства, както и склонност към определени видоведейности). Генетичното сертифициране дава възможност за прогнозиране и намаляване на рисковете от сърдечно-съдови и онкологични заболявания, да изследва и предотвратява невродегенеративни заболявания и процеси на стареене, да анализира неврофизиологичните характеристики на човек на молекулярно ниво), диагностика на генетични заболявания, създаване на ДНК ваксини, генна терапия различни заболяванияи т.н.

През 20-ти век в повечето страни по света основните усилия на медицината са насочени към борба с инфекциозните заболявания, намаляване на детската смъртност и увеличаване на продължителността на живота. Държавите с по-развити здравни системи са били толкова успешни по този път, че са намерили за възможно да преместят фокуса върху лечението. хронични болести, болести на сърдечно-съдовата системаи онкологични заболявания, тъй като именно тези групи заболявания дават най-голям процент от смъртните случаи.

В същото време се търсеха нови методи и подходи. Важно е, че науката доказа значителната роля на наследствената предразположеност в появата на такива широко разпространени заболявания като исхемична болестсърдечни заболявания, хипертония, пептична язва на стомаха и дванадесетопръстника, псориазис, бронхиална астма и др. Стана очевидно, че за ефективното лечение и профилактика на тези заболявания, срещани в практиката на лекарите от всички специалности, е необходимо да се познават механизмите на взаимодействие между околната среда и наследствени факторив тяхното възникване и развитие, а следователно и по-нататъшният напредък в здравеопазването е невъзможен без развитието на биотехнологичните методи в медицината. През последните години именно тези области се считат за приоритетни и се развиват бързо.

Уместността на провеждането на надеждни генетични изследвания, базирани на биотехнологични подходи, също е очевидна, тъй като към днешна дата са известни повече от 4000 наследствени заболявания. Около 5-5,5% от децата се раждат с наследствени или вродени заболявания. Най-малко 30% от детската смъртност по време на бременност и в следродилния период се дължи на вродени малформации и наследствени заболявания. След 20-30 години започват да се появяват много заболявания, към които човек е имал само наследствено предразположение. Това се случва под влиянието на различни фактори на околната среда: условия на живот, лоши навици, усложнения след заболявания и др.

Понастоящем вече се появиха практически възможности за значително намаляване или коригиране на негативното въздействие на наследствените фактори. Медицинската генетика обяснява, че много генни мутации са причинени от взаимодействия с неблагоприятни условияоколната среда и следователно чрез решаване на екологичните проблеми е възможно да се постигне намаляване на заболеваемостта от рак, алергии, сърдечно-съдови заболявания, диабет, психично заболяванеи дори някои инфекциозни заболявания. В същото време учените успяха да идентифицират гените, отговорни за проявата на различни патологии и допринасящи за увеличаване на продължителността на живота. При използване на методите на медицинската генетика са получени добри резултати при лечението на 15% от заболяванията, по отношение на почти 50% от заболяванията се наблюдава значително подобрение.

Така значителните постижения в генетиката позволиха не само да се достигне молекулярното ниво на изучаване на генетичните структури на тялото, но и да се разкрие същността на много сериозни човешки заболявания, да се доближи до генната терапия.

Освен това въз основа на медицински генетични познания се появиха възможности за ранна диагностиканаследствени заболявания и навременна профилактика на наследствена патология.

Най-важната област на медицинската генетика в момента е разработването на нови методи за диагностициране на наследствени заболявания, включително заболявания с наследствена предразположеност. Днес никой не е изненадан от предимплантационна диагностика - метод за диагностициране на ембрион в ранен стадий на вътрематочно развитие, когато генетик, извличайки само една клетка на бъдещо дете с минимална заплаха за живота му, поставя точна диагноза или предупреждава за наследствена предразположеност към определено заболяване.

Като теоретична и клинична дисциплина медицинската генетика продължава да се развива бързо в различни посоки: изследване на човешкия геном, цитогенетика, молекулярна и биохимична генетика, имуногенетика, генетика на развитието, популационна генетика и клинична генетика.
Благодарение на нарастващото използване на биотехнологичните методи във фармацевтиката и медицината се появи ново понятие за „персонализирана медицина”, когато лечението на пациента се извършва въз основа на неговия индивидуален, в т.ч. генетични особености, а дори и използваните в лечебния процес лекарства се изработват индивидуално за всеки отделен пациент, като се отчита състоянието му. Появата на такива лекарства стана възможна, по-специално, поради използването на такъв биотехнологичен метод като хибридизация (изкуствено сливане) на клетки. Процесите на клетъчна хибридизация и производството на хибриди все още не са напълно проучени и разработени, но е важно, че с тяхна помощ стана възможно производството на моноклонални антитела. Моноклоналните антитела са специални "защитни" протеини, които се произвеждат от клетките на човешката имунна система в отговор на появата на всякакви чужди агенти (наречени антигени) в кръвта: бактерии, вируси, отрови и др. Моноклоналните антитела имат изключителна, уникална специфичност и всяко антитяло разпознава само своя собствен антиген, свързва се с него и го прави безопасно за хората. В съвременната медицина моноклоналните антитела се използват широко за диагностични цели. В момента те се използват и като високоефективни лекарства за индивидуално лечение на пациенти, страдащи от такива сериозни заболявания като рак, СПИН и др.

Клониране

Клонирането е един от методите, използвани в биотехнологиите за производство на идентично потомство чрез асексуално размножаване. В противен случай клонирането може да се определи като процес на създаване на генетично идентични копия на една клетка или организъм. Тоест организмите, получени в резултат на клониране, са подобни не само външно, но и генетична информациявградено в тях е абсолютно същото.

Терминът "клониране" идва от английска думаклонинг, клониране (клонка, издънка, потомство), което се отнася до група растения (например плодни дървета), получени от едно растение производител по вегетативен (не семенен) начин. По-късно името "клониране" се пренася в разработената технология за получаване на идентични организми, наричана още "заместване клетъчно ядро". Организмите, получени с помощта на тази технология, станаха известни като клонинги. В края на 90-те години стана очевидна възможността за използване на тази технология за получаване на генетично идентични човешки индивиди, тоест клонирането на хора стана реалност.

В природата клонирането е широко разпространено в различни организми. При растенията естественото клониране се случва, когато различни начинивегетативно размножаване, при животните - по време на партеногенезата и различни формиполиембриони (полиембриони: от "поли-" и гръцки ембрион - "ембрион" - образуването при животни на няколко ембриона (близнаци) от една зигота в резултат на неправилното й разделяне поради влиянието на случайни фактори). При хората пример за полиембриони е раждането на еднояйчни близнаци, които са естествени клонинги. Клоналното размножаване е широко разпространено сред ракообразните и насекомите.

Овцата Доли стана първият изкуствено клониран многоклетъчен организъм през 1997 г. През 2007 г. един от създателите на клонираната овца Елизабет II присъди рицарско звание за това научно постижение.

Същността на техниката на "ядрен трансфер", използвана при клонирането, е замяната на собственото клетъчно ядро ​​на оплодената яйцеклетка с ядро, извлечено от клетката на тялото, чието точно генетично копие се планира да бъде получено. Към днешна дата са разработени не само методи за възпроизвеждане на организма, от който е взета клетката, но и този, от който е взет генетичния материал. Имаше потенциална възможност за възпроизвеждане на мъртъв организъм, дори и в случай, че от него са останали минимални части - необходимо е само генетичен материал (ДНК) да може да бъде изолиран от тях.

Клонирането на организми може да бъде пълно или частично. При пълно клониране се пресъздава целият организъм, а при частично клониране се пресъздават само определени тъкани на тялото.

Технологията за пресъздаване на цял организъм е изключително перспективна, ако е необходимо да се запазят редки видове животни или да се възстановят изчезнали видове.

Частично клониране - може да се превърне в най-важното направление в медицината, тъй като клонираните тъкани могат да компенсират липсата и дефектите на собствените тъкани на човешкото тяло и, най-важното, те не се отхвърлят по време на трансплантацията. Такова терапевтично клониране първоначално не включва получаване на цял организъм. Развитието му умишлено е спряно ранни стадии, а получените клетки, които се наричат ​​ембрионални стволови клетки (ембрионалните или зародишните стволови клетки са най-примитивните клетки, които възникват в ранните етапи на развитието на ембриона, способни да се развият във всички клетки на възрастен организъм), се използват за производство на необходими тъкани или други биологични продукти. Експериментално е доказано, че терапевтичното клониране може успешно да се използва и за лечение на някои човешки заболявания, които все още се считат за нелечими (болест на Алцхаймер, болест на Паркинсон, инфаркт, инсулт, диабет, рак, левкемия и др.), ще избегне раждането на деца със синдрома на Даун и други генетични заболявания. Учените виждат възможност за успешно използване на техники за клониране за борба със стареенето и увеличаване на продължителността на живота. Най-важното приложение на тази технология е областта на репродукцията – при безплодие, както при женски, така и при мъжки.

Откриват се и нови перспективи за прилагането на клонирането в селското стопанство и животновъдството. Чрез клониране е възможно да се получат животни с висока продуктивност на яйца, мляко, вълна или такива животни, които отделят необходимо на човекензими (инсулин, интерферон и др.). Чрез комбиниране на техники на генно инженерство с клониране е възможно да се развият трансгенни селскостопански растения, които могат да се защитават срещу вредители или да бъдат устойчиви на определени болести.

Само няколко от възможностите, които се отварят чрез използването на това най-новата технология. Въпреки това, с всичките си предимства и перспективи, които са толкова важни за решаването на много проблеми на човечеството, клонирането е една от най-обсъжданите области на науката и медицинската практика. Това се дължи на нерешения цял комплекс от морални, етични и правни аспекти, свързани с манипулациите със полови и стволови клетки, съдбата на ембриона и клонирането на човека.

Някои етични и правни аспекти на приложението на биотехнологичните методи

Етиката е доктрината за морала, според която основната добродетел е способността да се намира средата между две крайности. Тази наука е основана от Аристотел.

Биоетиката е част от етиката, която изучава моралната страна на човешката дейност в медицината и биологията. Терминът е предложен от V.R. Потър през 1969 г
В тесен смисъл, биоетиката се отнася до кръга от етични проблеми в областта на медицината. В широк смисъл, биоетиката се отнася до изучаването на социални, екологични, медицински и социално-правни проблеми, свързани не само с хората, но и с всички живи организми, включени в екосистемите. Тоест има философска насоченост, оценява резултатите от развитието на нови технологии и идеи в медицината, биотехнологиите и биологията като цяло.

Съвременните биотехнологични методи имат толкова мощен и не напълно проучен потенциал, че широкото им използване е възможно само при стриктно спазване на етичните стандарти. Съществуващите в обществото морални принципи задължават да се търси компромис между интересите на обществото и личността. Освен това интересите на индивида в момента са поставени над интересите на обществото. Следователно спазването и по-нататъшното развитие на етичните норми в тази област трябва да бъде насочено преди всичко към пълна защита на човешките интереси.

Масово въвеждане в медицинска практикаи комерсиализацията на принципно нови технологии в областта на генното инженерство и клонирането, също доведе до необходимостта от създаване на подходяща правна рамка, която да регулира всички правни аспекти на дейностите в тези области.

Най-новите биотехнологии създават огромни възможности за намеса в живота на живите организми и неизбежно поставят човека пред моралния въпрос: до каква степен е допустимо да се намесва в природните процеси? Всяка дискусия по биотехнологични въпроси не се ограничава до научната страна на въпроса. По време на тези дискусии често се изразяват диаметрално противоположни мнения относно приложението и по-нататъчно развитиеспецифични биотехнологични методи, предимно като:
- Генното инженерство,
- трансплантация на органи и клетки за терапевтични цели;
- клониране - изкуствено създаване на жив организъм;
- употребата на лекарства, които влияят на физиологията на нервната система за модифициране на поведението, емоционалното възприятие на света и др.

Практиката, която съществува в съвременните демократични общества, показва, че тези дискусии са абсолютно необходими не само за по-пълно разбиране на всички „плюсове“ и „минуси“ от използването на методи, които нахлуват в личния живот на човек още на ниво генетика. Те също така позволяват да се обсъждат морални и етични аспекти и да се определят дългосрочните последици от използването на биотехнологии, което от своя страна помага на законодателите да създадат адекватна правна рамка, която регулира тази област на дейност в интерес на защитата на индивидуалните права.

Нека се спрем на онези области в биотехнологичните изследвания, които са пряко свързани с висок риск от нарушаване на индивидуалните права и предизвикват най-разгорещена дискусия за широкото им приложение: трансплантация на органи и клетки за терапевтични цели и клониране.
През последните години се наблюдава рязко нарастване на интереса към изследването и прилагането в биомедицината на човешки ембрионални стволови клетки и техники за клониране за получаването им. Както знаете, ембрионалните стволови клетки са способни да се трансформират в различни видове клетки и тъкани (хемопоетични, репродуктивни, мускулни, нервни и др.). Те се оказаха перспективни за използване в генната терапия, трансплантологията, хематологията, ветеринарната медицина, фармакотоксикологията, тестването на лекарства и др.

Изолирането на тези клетки се извършва от човешки ембриони и фетуси 5-8 седмици на развитие, получени по време на медицинско прекъсване на бременността (в резултат на аборт), което повдига множество въпроси относно етичната и правна легитимност на провеждането на изследвания върху човешки ембриони, включително следното:
- Доколко са необходими и оправдани научните изследвания върху човешки ембрионални стволови клетки?
- позволено ли е да се унищожава човешкия живот в името на прогреса на медицината и доколко морално е това?
- достатъчно разработена ли е правната рамка за използването на тези технологии?

Всички тези въпроси биха се разрешили много по-лесно, ако имаше универсално разбиране за това какво е „началото на живота“, от кой момент може да се говори за „лице, нуждаещо се от защита на правата“ и какво подлежи на защита: човешки зародиш клетки, ембрион от момента на оплождането, плод от определен етап на вътрематочно развитие или човек от момента на раждането му? Всеки от вариантите има своите привърженици и противници, а въпросът за състоянието на зародишните клетки и ембриона все още не е намерил окончателното си решение в нито една страна по света.

В редица страни всякакви изследвания върху ембриони са забранени (например в Австрия, Германия). Във Франция правата на ембриона са защитени от момента на зачеването. В Обединеното кралство, Канада и Австралия, въпреки че създаването на ембриони за изследователски цели не е забранено, е разработена система от законодателни актове за регулиране и контрол на подобни изследвания. В Русия ситуацията в тази област е повече от несигурна: дейностите по изследване и използване на стволови клетки не са достатъчно регулирани, има значителни пропуски в законодателството, които пречат на развитието на тази област. Що се отнася до клонирането, през 2002 г. федерален закон въведе временна (за 5 години) забрана за клониране на хора, но срокът на валидност изтече през 2007 г. и въпросът остава открит.

Учените се опитват да разграничат ясно "репродуктивно" клониране, чиято цел е създаването на клонинг, тоест цял ​​жив организъм, идентичен по генотип с друг организъм, и "терапевтично" клониране, използвано за отглеждане на колония от стъбло клетки.

В случая на стволовите клетки въпросите за ембрионалния статус и клонирането придобиват ново измерение. Това се дължи на мотивацията на този вид научни изследвания, а именно приложението им за търсене на нови, повече ефективни начинилечение на сериозни и дори нелечими заболявания. Ето защо в някои страни (като САЩ, Канада, Англия), където доскоро се смяташе за неприемливо използването на ембриони и технологии за клониране за терапевтични цели, се наблюдава промяна в позицията на обществото и държавата по отношение на допустимостта на тяхното употреба за лечение на заболявания като множествена склероза, болести на Алцхаймер и Паркинсон, постмиокарден инфаркт, недостатъчна регенерация на костна или хрущялна тъкан, черепно-лицеви наранявания, диабет, миодистрофия и др.

В същото време терапевтичното клониране се разглежда от мнозина като първа стъпка към репродуктивно клониране, което се среща с изключително негативни нагласи по целия свят и е забранено повсеместно.

Клонирането на хора в момента не се извършва официално никъде. Опасността при използването му за репродуктивни цели се вижда във факта, че техниката на клониране изключва естественото и свободно сливане на генетичния материал на бащата и майката, което се възприема като предизвикателство за човешкото достойнство. Често се казва за проблемите на самоидентификацията на клонинг: кого трябва да смята за родителите си, защо е генетично копие на някой друг? Освен това клонирането е изправено пред някои технически препятствия, които застрашават здравето и благополучието на клонинга. Има факти, свидетелстващи за бързото стареене на клонингите, появата на множество мутации в тях. В съответствие с техниката на клониране от възрастен човек израства клонинг - не полова, а соматична клетка, в генетичната структура на която през годините са настъпвали т. нар. соматични мутации. Ако по време на естествено оплождане мутиралите гени на единия родител се компенсират от нормални аналози на другия родител, тогава такава компенсация не се получава по време на клониране, което значително увеличава риска от заболявания, причинени от соматични мутации и много сериозни заболявания (рак, артрит , имунодефицити) за клонинга. Освен всичко друго, някои хора изпитват страх от клониран човек, от евентуалното му превъзходство във физическо, морално и духовно развитие (руският психиатър В. Яровой смята, че този страх е от природата психично разстройство(фобии) и дори му даде името „бионализъм“ през 2008 г.).

Тук са разгледани само някои от многото проблеми, които възникват във връзка с бързото развитие на биотехнологиите и тяхното навлизане в човешкия живот. Разбира се, напредъкът на науката не може да бъде спрян и въпросите, които тя поставя, възникват по-бързо, отколкото обществото може да намери отговор на тях. Справянето с това състояние на нещата е възможно само като се разбере колко е важно да се обсъждат широко в обществото етичните и правни проблеми, които се появяват с развитието и въвеждането на биотехнологиите в практиката. Наличието на колосални идеологически различия по тези въпроси поражда усещането за необходимост от сериозни държавно регулиранев този домейн.

От „биотехнология“ към „биоикономика“

Въз основа на гореизложеното можем да заключим, че модерните биотехнологии могат да играят значителна роля за подобряване на качеството на живот и човешкото здраве, осигурявайки икономически и социален растеж на държавите (особено в развиващите се страни).

С помощта на биотехнологиите могат да се получат нови диагностики, ваксини и лекарства. Биотехнологиите могат да помогнат за повишаване на производителността на основните зърнени култури, което е особено важно във връзка с нарастването на световното население. В много страни, където големи количества биомаса не се използват или не се използват напълно, биотехнологиите могат да предложат начини за превръщането им в ценни продукти, както и за преработката им с помощта на биотехнологични методи за производство на различни видове биогорива. Освен това, при правилно планиране и управление, биотехнологията може да се използва в малки региони като инструмент за индустриализация на селските райони за създаване на малки индустрии, което ще осигури по-активно развитие на свободните територии и ще реши проблема със заетостта.

Характерна особеност на развитието на биотехнологиите през 21 век е не само нейното бързо израстване като приложна наука, тя все повече се включва в ежедневието на човека и което е още по-значимо – предоставя изключителни възможности за ефективни (интензивни, не екстензивно) развитие на почти всички сектори на икономиката, се превръща в необходимо условие за устойчивото развитие на обществото и по този начин има трансформиращ ефект върху парадигмата на развитието на обществото като цяло.

Широкото навлизане на биотехнологиите в световната икономика се отразява във факта, че дори са формирани нови термини за обозначаване на глобалния характер на този процес. Така използването на биотехнологични методи в промишленото производство започва да се нарича "бяла биотехнология", във фармацевтичното производство и медицината - "червена биотехнология", в селскостопанското производство и животновъдството - "зелена биотехнология", а за изкуственото отглеждане и по-нататъшната преработка на водни организми (аквакултура или марикултура) – „синя биотехнология“. И икономиката, която интегрира всички тези иновативни области, се нарича "биоикономика". Задачата за преход от традиционна икономика към нов тип икономика - биоикономика, основана на иновации и широко използваща възможностите на биотехнологиите в различни индустрии, както и в ежедневието, вече е обявена за стратегическа цел в много страни от свят.

Преглед на съдържанието на документа
"Лаборатория № 4"

Лаборатория № 4

"Анализ и оценка на различни хипотези за произхода на живота"

Цел:запознаване с различни хипотези за произхода на живота на Земята.

Работен процес.

Попълни таблицата:

Отговорете на въпроса: Вие лично на коя теория се придържате? Защо?

„Разнообразие от теории за произхода на живота на Земята“.

1. Креационизъм.

Според тази теория животът е възникнал в резултат на някакво свръхестествено събитие в миналото. Следват го последователи на почти всички най-разпространени религиозни учения. Традиционната юдео-християнска идея за сътворението на света, изложена в Книга Битие, предизвиква и продължава да предизвиква противоречия. Въпреки че всички християни признават, че Библията е Божията заповед към човечеството, има разногласия относно продължителността на „деня“, споменат в Битие. Някои смятат, че светът и всички организми, които го обитават, са създадени за 6 дни от 24 часа. Други християни не третират Библията като научна книга и вярват, че Книгата Битие представя в разбираема за хората форма богословското откровение за създаването на всички живи същества от всемогъщия Създател. Процесът на божественото сътворение на света е замислен като осъществен само веднъж и поради това недостъпен за наблюдение. Това е достатъчно, за да извади цялата концепция за божественото творение от обхвата на научните изследвания. Науката се занимава само с онези явления, които могат да бъдат наблюдавани и следователно никога няма да може нито да докаже, нито да опровергае тази концепция.

2. Теория на стационарно състояние.

Според тази теория Земята никога не е възниквала, а е съществувала завинаги; винаги е в състояние да поддържа живота, а ако се е променило, то много малко; видове винаги са съществували. Съвременните методи за датиране дават все по-високи оценки за възрастта на Земята, което кара теоретиците на стабилно състояние да вярват, че Земята и видовете винаги са съществували. Всеки вид има две възможности - или промяна в числеността, или изчезване. Привържениците на тази теория не признават, че наличието или отсъствието на определени фосилни останки може да показва времето на поява или изчезване на определен вид и цитират за пример представител на рибата с кръстосани перки – целакант. Според палеонтологични данни кръстосоптеригиите са изчезнали преди около 70 милиона години. Това заключение обаче трябваше да бъде преразгледано, когато в района на Мадагаскар бяха открити живи представители на кръстосоптеригиите. Привържениците на теорията за стационарно състояние твърдят, че само чрез изучаване на живи видове и сравняването им с изкопаеми останки може да се заключи за изчезване и дори тогава може да се окаже погрешно. Внезапната поява на изкопаем вид в определен слой се дължи на увеличаване на популацията му или придвижване към места, благоприятни за опазване на останки.

3. Теория на панспермията.

Тази теория не предлага никакъв механизъм за обяснение на първичния произход на живота, но излага идеята за неговия извънземен произход. Следователно тя не може да се счита за теория за произхода на живота като такъв; той просто отвежда проблема някъде другаде във Вселената. Хипотезата е поставена от J. Liebig и G. Richter в средата XIXвек. Според хипотезата за панспермията животът съществува вечно и се пренася от планета на планета от метеорити. Най-простите организми или техните спори („семена на живота“), стигайки до нова планета и намирайки тук благоприятни условия, се размножават, пораждайки еволюция от най-простите форми към сложните. Възможно е животът на Земята да произхожда от една-единствена колония от микроорганизми, изоставени от космоса. Множество наблюдения на НЛО, скални издълбани неща, които приличат на ракети и „космонавти“, както и съобщения за предполагаеми срещи с извънземни се използват за обосноваване на тази теория. При изучаване на материалите на метеорити и комети в тях са открити много "предшественици на живота" - вещества като цианогени, циановодородна киселина и органични съединения, които вероятно са играли ролята на "семена", паднали върху голата Земя. Поддръжници на тази хипотеза бяха носителите на Нобелова награда Ф. Крик, Л. Оргел. Ф. Крик се позовава на две косвени доказателства:

Универсалност на генетичния код;

Нуждата от нормалния метаболизъм на всички живи същества от молибден, който сега е изключително рядък на планетата.

Но ако животът не е възникнал на Земята, тогава как е възникнал извън нея?

4. Физически хипотези.

Физическите хипотези се основават на признаването на фундаментални разлики между жива материя и нежива материя. Помислете за хипотезата за произхода на живота, изложена през 30-те години на XX век от В. И. Вернадски. Възгледите за същността на живота доведоха Вернадски до заключението, че той се е появил на Земята под формата на биосфера. Основните, фундаментални характеристики на живата материя изискват за възникването й не химически, а физически процеси. Сигурно е нещо като катастрофа, шок за самите основи на Вселената. В съответствие с хипотезите за образуването на Луната, широко разпространени през 30-те години на XX век, в резултат на отделянето от Земята на веществото, което преди това е запълвало Тихия океан, Вернадски предполага, че този процес може да причини тази спирала, вихрово движение на земното вещество, което не се повтори. Вернадски разбира произхода на живота в същия мащаб и интервали от време като произхода на самата Вселена. При катастрофа условията внезапно се променят и жива и нежива материя възникват от протоматерия.

5. Химически хипотези.

Тази група хипотези се основава на химичните характеристики на живота и свързва неговия произход с историята на Земята. Нека разгледаме някои хипотези от тази група.

В началото на историята на химическите хипотези са били възгледи на Е. Хекел.Хекел вярва, че въглеродните съединения за първи път се появяват под влиянието на химически и физически причини. Тези вещества не бяха разтвори, а суспензии от малки бучки. Първичните бучки са способни да натрупват различни вещества и да растат, последвано от разделяне. Тогава се появи безядрена клетка – оригиналната форма за всички живи същества на Земята.

Беше определен етап в развитието на химичните хипотези на абиогенезата концепция на А. И. Опарин,предложен от него през 1922-1924 г. XX век. Хипотезата на Опарин е синтез на дарвинизма с биохимията. Според Опарин наследствеността е резултат от селекция. В хипотезата на Опарин желаното ще премине за реалност. Отначало чертите на живота се свеждат до метаболизма, а след това моделирането му се обявява за разрешило загадката за възникването на живота.

Хипотеза на J. Burpapпредполага, че абиогенно срещащите се малки молекули нуклеинова киселина от няколко нуклеотида могат незабавно да се комбинират с аминокиселините, които кодират. В тази хипотеза първичната жива система се разглежда като биохимичен живот без организми, осъществяващ самовъзпроизводство и метаболизъм. Организмите, според Дж. Бернал, се появяват втори път, в хода на изолирането на отделни участъци от такъв биохимичен живот с помощта на мембрани.

Помислете за последната химическа хипотеза за произхода на живота на нашата планета хипотеза на Г. В. Войткевич,представена през 1988 г. Според тази хипотеза произходът на органичните вещества се пренася в космоса. При специфичните условия на космоса се синтезират органични вещества (в метеоритите се намират множество орпанични вещества - въглехидрати, въглеводороди, азотни основи, аминокиселини, мастни киселини и др.). Възможно е в космоса да са се образували нуклеотиди и дори ДНК молекули. Въпреки това, според Войткевич, химическата еволюция на повечето планети от Слънчевата система се оказала замразена и продължила само на Земята, намирайки там подходящи условия. При охлаждането и кондензацията на газовата мъглявина целият набор от органични съединения се оказва на първичната Земя. При тези условия се появява жива материя и се кондензира около абиогенно образуваните ДНК молекули. И така, според хипотезата на Войткевич, първоначално се е появил биохимичен живот, а в хода на неговата еволюция се появяват отделни организми.

Преглед на съдържанието на документа
"Лаборатория № 6"

Лабораторна работа номер 6.

„Идентифициране на признаци на сходство между човешки ембриони и други бозайници като доказателство за тяхната връзка“

Цел:идентифицират признаци на прилика между човешки ембриони и други бозайници като доказателство за тяхната връзка.

Оборудване:таблица "Доказателство за връзката на човешки ембриони и други бозайници"

Работен процес.

1. Сравнете етапите на развитие на ембрионите. Има ли прилики? По какъв начин се появяват? Опишете ги.

2. Сравнете етапите на развитие на ембрионите. Има ли разлики? По какъв начин се появяват? Опишете ги.

3. Направете заключения за признаците на прилика между човешки ембриони и други бозайници като доказателство за тяхната връзка