Биологија 24163

Dragana Cvetkovi} Dmitar Laku{i} Gordana Mati} Aleksandra Kora} Slobodan Jovanovi}

ик е

BIOLOGIJA

За

во

д

за

уџ

бе н

IV RAZRED GIMNAZIJE OP[TEG SMERA

Zavod za uxbenike, Beograd

IV Recenzenti Prof. dr doc. dr

, Biolo{ki fakultet, Beograd , prof. biologije, Biolo{ki fakultet, Beograd , prof. biologije, ^etrnaesta beogradska gimnazija, Beograd

Urednik

Odgovorni urednik

ик е

Glavni urednik

Za izdava~a

бе н

, direktor

CIP - Katalogizacija u publikaciji Narodna biblioteka Srbije, Beograd

уџ

37.016:57(075.3)

за

: [za] IV razred gimnazije op{teg smera / Dragana Cvetkovi} ... [i dr.]. - 5. izd. - Beograd : Zavod za uxbenike, 2019 (Beograd : Slu`beni glasnik). - 212 str. : ilustr.; 27 cm

во

д

Hrpt. stv. nasl.: Biologija 4. - Re~nik stru~nih termina: str.

209-211. - Bibliografija: str. 212.

За

ISBN 978-86-17-20027-3 1. Hrbt. stv. nasl. 2. Cvetkovi}, Dragana, 1961 - [autor] COBISS.SR-ID 276184844

Ministar prosvete i sporta Republike Srbije svojim re{ewem broj 650-02-0054/2005-06 od 30. maja 2005. godine odobrio je ovaj uxbenik za izdavawe i upotrebu u IV razredu gimnazije op{teg smera.

ISBN 978-86-17-20027-3 ® ZAVOD ZA UXBENIKE, Beograd, 2005–2019 Ovo delo se ne sme umno`avati, fotokopirati i na bilo koji na~in reprodukovati, u celini niti u delovima, bez pismenog odobrewa izdava~a.

2

SADR@AJ BIOLOGIJA RAZVI]A @IVOTIWA .........................................9

ик е

(A. Kora}) Uvod ..........................................................................................................................................10 Na~ini razmno`avawa `ivotiwa ....................................................................................11 STVARAWE POLNIH ]ELIJA – GAMETOGENEZA .......................................13 Oogeneza – op{ta {ema nastanka jajne }elije ..................................................................13 Spermatogeneza – op{ta {ema nastanka spermatozoida .............................................16 OPLO\EWE ...........................................................................................................................18 Stupwevi oplo|ewa ..............................................................................................................18

RANI STUPWEVI EMBRIOGENEZE I ORGANOGENEZA ........................21

уџ

бе н

Brazdawe – stvarawe vi{e}elijskog embriona ...........................................................21 Gastrulacija – stvarawe slojevitog embriona..............................................................22 Nastanak osovinskih organa – crevne cevi, notohorde, nervne cevi .................23 Diferencijacija }elija ....................................................................................................24 Sudbinske mape......................................................................................................................25 Potentnost jajnih }elija i determinacija razvi}a ..................................................26

EKSTRAEMBRIONALNE STRUKTURE ..................................................................27

за

Placenta ..................................................................................................................................28 Vrste placenti ......................................................................................................................29

POSLEEMBRIONALNO RAZVI]E.........................................................................30

во

д

Rast i preobra`aj (metamorfoza) ....................................................................................30 Regeneracija ..........................................................................................................................31

За

STAREWE .................................................................................................................................32 INDIVIDUALNO RAZVI]E ^OVEKA .................................................................34

NASLE\IVAWE BIOLO[KIH OSOBINA......................39 (D. Cvetkovi})

[TA JE GENETIKA ............................................................................................................40 Kako se prou~ava genetika .................................................................................................40 Zna~aj geneti~kih istra`ivawa .......................................................................................41

PRAVILA NASLE\IVAWA .........................................................................................42 Kako su otkrivena pravila nasle|ivawa .........................................................................42 Mendelovi eksperimenti...........................................................................................................42 Mendelova hipoteza i pravila nasle|ivawa ...............................................................43 I ne{to slo`enije... ...........................................................................................................46 Nepotpuna dominansa............................................................................................................46 Ve}i broj alela......................................................................................................................46

3

Biologija IV Nasle|ivawe kvantitativnih osobina ..................................................................................47 HROMOZOMSKA OSNOVA NASLE\IVAWA ...................................................48 Nasle|ivawe vezano za pol................................................................................................49 REKOMBINACIJE.............................................................................................................51 MUTACIJE ...............................................................................................................................53 Genske mutacije .....................................................................................................................54 Hromozomske promene..........................................................................................................55 Koliko su mutacije ~este ...................................................................................................56 Mutageni .................................................................................................................................57 Hemijski mutageni .................................................................................................................57 Mutacije uzrokovane zra~ewem .............................................................................................57 Geni i kancer .........................................................................................................................59 POPULACIONA GENETIKA ......................................................................................59

ик е

[ta je geneti~ka varijabilnost i kako mo`e da se izmeri ......................................59 Geneti~ka struktura populacije .......................................................................................60 Hardi–Vajnbergov princip ..................................................................................................60

бе н

VE[TA^KA SELEKCIJA I OPLEMEWIVAWE BIQAKA I @IVOTIWA ..............................................................................................63 KONZERVACIONA GENETIKA .................................................................................65 GENETI^KA KONTROLA RAZVI]A ......................................................................66

уџ

Klonirawe ..............................................................................................................................67

GENETIKA ^OVEKA .........................................................................................................68

за

Istra`ivawe genoma ~oveka ..............................................................................................68 Analiza rodoslovnih stabala ...........................................................................................69

во

д

Primeri obrazaca nasle|ivawa............................................................................................69 Analiza hromozoma ..............................................................................................................71 Geneti~ko testirawe i savetovawe ..................................................................................72 GENI I PONA[AWE ......................................................................................................73

(G. Mati})

За

MOLEKULARNA BIOLOGIJA .............................................................75 MOLEKULARNA ORGANIZACIJA ]ELIJE......................................................76 MOLEKULARNA BIOLOGIJA...................................................................................76 NUKLEINSKE KISELINE – STRUKTURA I BIOLO[KA ULOGA .........................................................................................................77 Primarna struktura nukleinskih kiselina ................................................................77 Sekundarna struktura nukleinskih kiselina .............................................................78 Hromatin ................................................................................................................................80 Biolo{ka uloga nukleinskih kiselina ........................................................................81

PROTEINI – STRUKTURA I BIOLO[KA ULOGA .....................................83 Primarna struktura proteina .........................................................................................83 Prostorna struktura proteina ........................................................................................84

4

SADR@AJ

Biolo{ka uloga proteina..................................................................................................86

GENOM I GEN......................................................................................................................88 [ta je genom? ........................................................................................................................88 [ta je gen? .............................................................................................................................90

REPLIKACIJA DNK .......................................................................................................93 Replikacija DNK je semikonzervativan proces.........................................................93 Proces replikacije DNK ..................................................................................................93

TRANSKRIPCIJA.............................................................................................................95 GENETI^KI KOD ..............................................................................................................98 TRANSLACIJA ....................................................................................................................99 Transportne RNK .................................................................................................................99 Tok translacije ....................................................................................................................99

ик е

REGULACIJA AKTIVNOSTI GENA .....................................................................102 MOLEKULARNA BIOTEHNOLOGIJA.................................................................105

бе н

Klonirawe DNK .................................................................................................................105 Odre|ivawe primarne strukture DNK ........................................................................106 Primena geneti~kog in`ewerstva ................................................................................106 Eti~ki i ekolo{ki problemi .........................................................................................108

уџ

EVOLUCIONA BIOLOGIJA ................................................................109 (D. Cvetkovi})

[TA JE EVOLUCIJA .......................................................................................................110

за

Podaci o evoluciji ............................................................................................................111 Zna~aj evolucionih istra`ivawa ..................................................................................113

За

во

д

Evolucija i medicina..........................................................................................................113 Evolucija i poqoprivreda ..................................................................................................113 Evolucija i za{tita `ivotne sredine.................................................................................114 TEORIJE EVOLUCIJE ....................................................................................................115 Lamarkova teorija ..............................................................................................................115 Darvinova teorija ..............................................................................................................116 Prirodna selekcija i nasledna varijabilnost ...................................................................117 Uticaj Darvinove teorije ....................................................................................................118

SAVREMENA TEORIJA EVOLUCIJE....................................................................119 Evolucioni mehanizmi .....................................................................................................119 Mutacije ..............................................................................................................................119 Geneti~ki drift (geneti~ka slu~ajnost)..............................................................................120 Protok gena..........................................................................................................................120 Prirodna selekcija.............................................................................................................121 POSTANAK VRSTA ..........................................................................................................123 [ta su biolo{ke vrste ......................................................................................................123 Kako nastaju vrste...............................................................................................................124 Mehanizmi reproduktivne izolacije..................................................................................124

5

Biologija IV Na~ini postanka vrsta ........................................................................................................125

POSTANAK @IVOTA ....................................................................................................127 Savremena teorija postanka `ivota..............................................................................127 Prvobitna Zemqa .................................................................................................................127 "RNK svet" i prve }elije .....................................................................................................128 Pojava DNK ..........................................................................................................................129 "Veliko drvo `ivota" i postanak eukariota .......................................................................129

FOSILI .................................................................................................................................131 Kako se odre|uje starost stena i fosila .......................................................................132 Izumirawe vrsta .................................................................................................................134

EVOLUCIJA ^OVEKA.....................................................................................................136 Australopitecine ...............................................................................................................137 Na{ rod - Homo ..................................................................................................................138

бе н

ик е

Spretni ~ovek......................................................................................................................138 Uspravni ~ovek ....................................................................................................................138 Arhai~ni ~ovek ...................................................................................................................138 Neandertalski ~ovek ...........................................................................................................138 Savremeni ~ovek..................................................................................................................139

Biologija i kultura u evoluciji ~oveka.......................................................................140

уџ

OSNOVNI POJMOVI I PRINCIPI EKOLOGIJE

за

(D. Laku{i})

...............................................................141

PREDMET ISTRA@IVAWA I ZNA^AJ EKOLOGIJE ..............................142 EKOSISTEM I @IVOTNA SREDINA .............................................................145

д

Strukturne karakteristike ekosistema ......................................................................146

За

во

Stani{te – biotop ..............................................................................................................146 @ivotna zajednica – biocenoza .........................................................................................146 Funkcionalne karakteristike ekosistema ......................................................................147 USLOVI @IVOTA – EKOLOŠKI FAKTORI ............................................149 Klimatski faktori ...........................................................................................................149 Sun~evo zra~ewe i svetlost ................................................................................................150 Temperatura ........................................................................................................................151 Voda i vla`nost ..................................................................................................................153 Vetar ...................................................................................................................................154 Edafski faktori ...............................................................................................................155 Orografski faktori ........................................................................................................155 Bioti~ki faktori ..............................................................................................................156 ODNOS ORGANIZAMA I @IVOTNE SREDINE ........................................157 POPULACIJA I WENE OSNOVNE ODLIKE ...............................................161 @IVOTNA ZAJEDNICA I WENA ORGANIZACIJA ................................164 Ekolo{ka ni{a ...................................................................................................................164

6

SADR@AJ

Prostorna i vremenska organizacija biocenoze ................................................................165 Me|usobni odnosi organizama u biocenozi (bioti~ki faktori) ......................................167 ODNOSI ISHRANE .......................................................................................................171 PROTICAWE ENERGIJE I KRU@EWE MATERIJE ..................................175 RAZVOJ I EVOLUCIJA EKOSISTEMA .............................................................180 BIOSFERA I OSNOVNI BIOMI NA ZEMQI ..........................................184

ZA[TITA I UNAPRE\IVAWE @IVOTNE SREDINE ..................................................................................189 (S. Jovanovi})

ZA[TITA I UNAPRE\IVAWE @IVOTNE SREDINE

...........................190

Ekolo{ke promene u prirodi nastale delovawem ~oveka .....................................191 Promene fizi~kih i hemijskih karakteristika `ivotne sredine .....................193

ZA[TITA PRIRODE

за

уџ

бе н

ик е

Zaga|ivawe i izvori zaga|ivawa vazduha ..........................................................................193 Zaga|ivawe i izvori zaga|ivawa vodâ ...............................................................................195 Zaga|ivawe i izvori zaga|ivawa zemqi{ta .......................................................................196 Promene sastava `ivog sveta ..............................................................................................198 Proces domestifikacije zemqi{ta, biqaka i `ivotiwa ...................................................199 Procesi urbanizacije i industrijalizacije ......................................................................199 Geneti~ki i zdravstveni efekti naru{ene i zaga|ene `ivotne sredine ..........................200 Sistemi pra}ewa stawa `ivotne sredine ...........................................................................201 Ekolo{ke osnove prostornog planirawa i ure|ewa prostora ...........................................202 Revitalizacija i rekultivacija ekosistema i predela ......................................................203 ....................................................................................................204 ugro`enosti i za{tite `ive i ne`ive prirode ..............................204

во

д

Problemi Savremeni pristupi i mogu}nosti za{tite ugro`ene flore, faune i `ivotnih zajednica .....................................................................................205

За

RE^NIK POJMOVA ..................................................................................................................209 LITERATURA .............................................................................................................................212 SAJTOVI NA INTERNETU .....................................................................................................212

7

За во д за уџ бе н

ик е

За

во

д

за

уџ

бе н

ик е

BIOLOGIJA RAZVI]A @IVOTIWA

Biologija IV

Uvod

За

во

д

за

уџ

бе н

ик е

Ni{ta u prirodi nije tako fascinantno kao nastanak novog `ivog bi}a. Jedna od osnovnih odlika `ivih bi}a upravo je sposobnost da razmno`avawem dobijaju potomstvo kojim reprodukuju sebe same, odnosno vrstu kojoj pripadaju. Time se obezbe|uje kontinuitet `ivota.

Ukoliko bi organizmi u okviru jedne vrste bili reproduktivno neuspe{ni, ta vrsta bi se vremenom smawivala po broju jer bi weni ~lanovi nestajali umirawem od starosti, bolesti, nesre}nim slu~ajem ili od predatora – dok ne bi izumrla, nestala iz ekosistema. Po osnovnom zakonu biologije, `ivo bi}e ne mo`e nastati ni iz ~ega drugog, osim od postoje}eg `ivog bi}a.

Biologija razvi}a prou~ava na~ine razmno`avawa, embrionalno i posleembrionalno razvi}e, rast i starewe. Kori{}ewem metoda embriologije, citologije, biohemije i molekularne biologije ona opisuje stupweve razvi}a, strukture koje nastajawem i promenama vode formirawu odraslog organizma i molekulska de{avawa tokom tih promena. Znawa ste~ena u biologiji razvi}a koriste se u razja{wavawu postanka razli~itih vrsta, a u medicini imaju prakti~nu primenu (ve{ta~ko oplo|ewe, regeneracija, klonirawe).

10

BIOLOGIJA RAZVI]A @IVOTIWA

Na~ini razmno`avawa `ivotiwa

b)

бе н

ик е

Iako je raznovrsnost `ivotiwskih vrsta velika, postoje dva osnovna na~ina wihovog razmno`avawa – bespolno i polno. Bespolno razmno`avawe karakteristi~no je za mawi broj vrsta i ne ukqu~uje razmenu geneti~kog materijala. Organizmi koji nastaju na taj na~in ne razlikuju se od svojih roditeqa ni po nasle|u (genotipski), ni po izgledu (fenotipski) i mogu se smatrati klonovima. Neki od na~ina bespolnog razmno`avawa su: deobom (postoje}a jedinka se deli i nastanu dve nove), pupqewem (na jednom delu tela jedinke deobom a) postoje}ih }elija formira se izdanak ili ameba pupoqak koji izraste u nov organizam – i kada se on odvoji postane nova jedinka i regeneracijom (ukoliko se otkinu delovi jedinke, svaki od tih delova – fragmenata – sposoban je da nadoknadi, regeneri{e deo koji nedostaje i stvori novu jedinku).

hidra

v)

во

д

за

уџ

pupoqak

morska zvezda

За

Bespolno razmno`avawe: a) deobom – ameba; b) pupqewem – hidra; v) regeneracijom – morska zvezda

Polno razmno`avawe odlikuje ve}inu `ivotiwskih vrsta. U polnim organima stvaraju se polne }elije (gameti) specijalizovanom deobom – mejozom. Ona dovodi do redukcije broja hromozoma karakterijajna sti~nih za vrstu na po}elija zigot lovinu i pove}ava raspermatozoid znovrsnost polnih }elija, a time i mogu}nost wihovog kombinovawa u razli~ite jedinke procesom razmene geneti(2n) ~kog materijala. Postoje (n) (n) dva tipa gameta – mu{ki i `enski. Nov organiPolno razmno`avawe: `enska i mu{ka polna }elija se spajaju u zigot zam nastaje wihovim n – broj hromozoma

+

11

Biologija IV hidra

spajawem u zigot, koji ponovo dobija diploidan broj hromozoma i kreira se jedinstvena kombinacija gena, odnosno osobina za svaku jedinku ponaosob. Zigot se zatim mitoti~ki deli – brazda – na ve}i broj }elija (blastomera) i stvara blastulu. U woj }elije gastrulacijom po~iwu da se kre}u i grupi{u u tri osnovna tkiva – gastrule. Ta tkiva organogenezom formiraju organe embriona, a embrion raste do momenta ro|ewa, odnosno izlegawa.

U `ivotiwskom svetu postoje vrste koje uporedo koriste oba na~ina razmno`avawa, na primer ki{na glista ili hidra.

oplo|ewe

mlada hidra

за

уџ

бе н

ик е

razvi}e

spermatozoidi

jajna }elija

Polno razmno`avawe kod hidre

За

во

д

Me|u `ivotiwama razdvajawe jedinki na polove u okviru vrste (polni dimorfizam) ima svoju biolo{ku cenu. Energija se ula`e u pravilno formirawe spoqa{weg izgleda polova (sekundarne polne osobine), polnih organa i polnih }elija. Zatim, polovi se moraju pona{ati prema odre|enim pravilima (reproduktivno pona{awe) po kojima se potencijalni partner pronalazi i privla~i da bi do{lo do parewa i oplo|ewa. Osim toga, potrebno je i voditi brigu o mladuncima (roditeqsko pona{awe).

Zato je neophodna uskla|enost mu`jaka i `enki – tzv. reprodukcioni tajming. On omogu}uje istovremeno sazrevawe spermatozoida i jajne }elije. Da bi potomstvo uspe{no pre`ivelo, reprodukcija se „pode{ava“ odre|enom dobu godine, svetlosnom i temperaturnom re`imu, odnosno mawe-vi{e konstantnim uslovima sredine. U tom pogledu se koriste razli~ite strategije. Neke vrste se vra}aju na mesto nastanka (lososi, pastrmke), neke su reproduktivno aktivne samo tokom odre|enog doba godine, a neke same kreiraju sredinu za razvoj embriona (embrionalni omota~i ptica i sisara).

Pronala`ewe i prepoznavawe potencijalnih partnera iste vrste tako|e je izazov. Vrste koriste razli~ite strategije, sinteti{u specifi~ne produkte koji privla~e – feromone, stvaraju vidqive ukrasne detaqe koji tako|e, privla~e (kreste, perje i sl.), pevaju specifi~ne melodije. Mu`jaci ~esto tro{e ogromnu energiju da bi privukli `enku i pridobili je za parewe. Interesantno je da su u `ivotiwskom carstvu `enke uglavnom neupadqive, dok mu`jaci imaju upadqive ukrasne detaqe i pona{awe. Da li je i u na{oj vrsti tako?

Diskutujte na ~asu o seksualnom pona{awu na{e vrste!

12