SpiS treściWstęp

Drogi Maturzysto! .....................................................................................................................................................11

Biochemia czyli chemia życia

Metody określania składu chemicznego organizmów ........................................................................................13Makroelementy i pierwiastki biogenne..................................................................................................................14Mikro- i ultraelementy ..............................................................................................................................................15Tlenek wodoru czyli woda .......................................................................................................................................15

Właściwości wody i ich znaczenie dla życia ..................................................................................................16Związki organiczne, ich występowanie i rola biologiczna .................................................................................17

Cukry ....................................................................................................................................................................17Lipidy (tłuszczowce) ...........................................................................................................................................20Białka i ich monomery ......................................................................................................................................23Kwasy nukleinowe...............................................................................................................................................26Metody wykrywania związków organicznych ................................................................................................29

Skutki niedoboru makro- i mikroelementów dla żywych organizmów ...........................................................30

Cytologia: budowa i właściwości żywych komórek

Komórkowa teoria budowy organizmów żywych ................................................................................................35Eukariotyczny i prokariotyczny plan budowy komórki ....................................................................................35Błony biologiczne ......................................................................................................................................................37

Składniki i budowa molekularna błon plazmatycznych .............................................................................37Rola cholesterolu ................................................................................................................................................38Transport substancji przez błony ....................................................................................................................38Błona komórkowa ...............................................................................................................................................39

Ultrastruktura komórki prokariotycznej ...............................................................................................................39Bakterie Gram-ujemne i Gram-dodatnie .........................................................................................................39Fałdy błony komórkowej i struktury pochodne ...........................................................................................40Substancje zapasowe ..........................................................................................................................................40Nukleoid, plazmidy i rybosomy ......................................................................................................................40

Ultrastruktura komórki eukariotycznej .................................................................................................................41Cytoplazma ..........................................................................................................................................................42

Aparat Golgiego (GA) ...............................................................................................................................................44Jądro komórkowe ................................................................................................................................................49

4 S p i s t r e œ c i

Fizjologia żywej komórki

Metabolizm komórkowy ..........................................................................................................................................52Enzymy .................................................................................................................................................................52Tempo reakcji enzymatycznej ..........................................................................................................................54Enzymy i szlaki metaboliczne ..........................................................................................................................56Procesy anaboliczne i kataboliczne .................................................................................................................57ATP jako uniwersalna waluta energetyczna ...................................................................................................57

Odżywianie się komórek ..........................................................................................................................................58Autotrofy ..............................................................................................................................................................58Przyswajanie azotu atmosferycznego u bakterii autotroficznych ..............................................................60

Uwalnianie energii dla procesów życiowych .........................................................................................................60Cytoplazmatyczny etap oddychania komórkowego.....................................................................................61Oddychanie mitochondrialne...........................................................................................................................63

Równowaga osmotyczna komórki ..........................................................................................................................64Plazmoliza i deplazmoliza .................................................................................................................................65

Gospodarka odpadami metabolicznymi................................................................................................................65Dezaminacja i transaminacja ............................................................................................................................65Cykl mocznikowy ...............................................................................................................................................66

Ruch cytoplazmy, organelli i komórek ..................................................................................................................66Cykl życiowy komórki ..............................................................................................................................................67

Fazy cyklu komórkowego ..................................................................................................................................67Mitoza, czyli podział komórki na dwie potomne ...............................................................................................68

Cytokineza ...........................................................................................................................................................70Rola biologiczna mitozy ...................................................................................................................................70

Mitoza i mejoza: porównanie przebiegu i funkcji biologicznych ....................................................................70Inne sposoby podziału komórki ......................................................................................................................72

Różnorodność organizmów żywych

Systematyka jako nauka ............................................................................................................................................73Historia systematyki ...........................................................................................................................................73Definicja gatunku ...............................................................................................................................................73Różne podejścia do systematyki ......................................................................................................................74Źródła wiedzy o pokrewieństwie organizmów ..............................................................................................75Zarys systematyki świata żywego .....................................................................................................................77

Wirusy ..........................................................................................................................................................................77Budowa wirionu i klasyfikacja wirusów .........................................................................................................77Wirusy jako obiekty z pogranicza świata żywego ........................................................................................78Cykl replikacyjny faga litycznego i lizogenicznego .....................................................................................79Cykl replikacyjny wirusa HIV i choroba AIDS ............................................................................................80Choroby wirusowe roślin, zwierząt i człowieka ............................................................................................85Poglądy na pochodzenie wirusów ...................................................................................................................87

Królestwo Procaryota ................................................................................................................................................87Sposoby odżywiania się bakterii ......................................................................................................................87Procesy płciowe bakterii ....................................................................................................................................87Klasyfikacja morfologiczna komórek i kolonii bakteryjnych ....................................................................87Ekologia i systematyka bakterii ........................................................................................................................88Znaczenie bakterii w przyrodzie, życiu i gospodarce człowieka ...............................................................89Choroby bakteryjne ...........................................................................................................................................89Aseptyka, antyseptyka i antybiotyki ...............................................................................................................92

Protisty jako najprostsze organizmy eukariotyczne ............................................................................................92Systematyka protistów .......................................................................................................................................93Cykle życiowe protistów ....................................................................................................................................97

5 S p i s t r e œ c i

Protisty jako czynniki chorobotwórcze ..........................................................................................................99Grzyby (Mycetes) jako odrębne królestwo ..............................................................................................................99

Cechy biologii grzybów ..................................................................................................................................100Przegląd systematyczny ....................................................................................................................................100Znaczenie grzybów w przyrodzie i życiu człowieka ..................................................................................103

Porosty (Lichenes) ....................................................................................................................................................103Tkanki roślinne ........................................................................................................................................................104

Pierwotna i wtórna ściana komórkowa: struktura, powstawanie i modyfikacje ...................................105Tkanki twórcze ..................................................................................................................................................105Tkanki stałe ........................................................................................................................................................106

Organy wegetatywne roślin ....................................................................................................................................110Korzeń i jego funkcje ......................................................................................................................................110Pęd jako stelaż dla aparatu asymilacyjnego .................................................................................................111Liść i jego rola ...................................................................................................................................................113Metamorfozy organów roślinnych ................................................................................................................114

Teoria telomowa i pochodzenie roślin ................................................................................................................116Psylofity i ryniofity: pierwotne rośliny lądowe .................................................................................................116Mszaki jako poboczna linia rozwojowa roślin telomowych ............................................................................118

Specyficzne cechy mszaków ...........................................................................................................................118Cykl życiowy mchu płonnika ........................................................................................................................118Systematyka, występowanie i znaczenie mszaków ......................................................................................119

Paprotniki (Pteridophyta) ..........................................................................................................................................120Organy wegetatywne paprotników ................................................................................................................120Cykl życiowy paproci jednakozarodnikowych ............................................................................................120Cykl życiowy paprotników różnozarodnikowych .......................................................................................122Przegląd współczesnych i wymarłych paprotników ....................................................................................123

Rośliny nasienne (Spermatophyta) ..........................................................................................................................123Przystosowanie organów wegetatywnych roślin nagonasiennych (Gymnospermae) do lądu ................123Cykl życiowy sosny zwyczajnej ......................................................................................................................124Systematyka nagonasiennych ..........................................................................................................................126Znaczenie przyrodnicze i gospodarcze nagonasiennych ...........................................................................127Okrytozalążkowe (okrytonasienne, Angiospermae) ...................................................................................127Budowa kwiatu okrytonasiennych .................................................................................................................128Rozwój i budowa zalążka ................................................................................................................................128Podwójne zapłodnienie ....................................................................................................................................129Ochrona przed zapyleniem własnym pyłkiem ............................................................................................130Rodzaje kwiatów i kwiatostanów ...................................................................................................................130Powstawanie nasion i owoców .......................................................................................................................130Owoce i owocostany ........................................................................................................................................131

Zoologia systematyczna ..........................................................................................................................................133Wczesny rozwój zarodka zwierząt: bruzdkowanie .............................................................................................134Gąbki (Poriphera): zwierzęta przedtkankowe .......................................................................................................135Dwuwarstwowce: parzydełkowce i żebropławy ...................................................................................................135

Środowisko życia ...............................................................................................................................................136Ruch, symetria, forma życiowa ......................................................................................................................136Budowa ciała ......................................................................................................................................................136Czynności życiowe ...........................................................................................................................................136Rozmnażanie .....................................................................................................................................................136Przegląd systematyczny ....................................................................................................................................137Znaczenie w przyrodzie ...................................................................................................................................137Znaczenie dla człowieka ..................................................................................................................................137

Najprostsze trójwarstwowce: robaki płaskie (Platyhelminthes) ..........................................................................137

6 S p i s t r e œ c i

Wstężniaki .................................................................................................................................................................138Robaki obłe (obleńce, Nemathelminthes) ..............................................................................................................138Pierwsze zwierzęta celomatyczne: pierścienice (Annelida) ................................................................................139Stawonogi (Arthropoda) ...........................................................................................................................................141

Budowa ciała ......................................................................................................................................................141Rozmnażanie .....................................................................................................................................................142Przegląd systematyczny stawonogów ............................................................................................................143Znaczenie dla człowieka ..................................................................................................................................145

Mięczaki (Mollusca) jako odrębna linia rozwojowa zwierząt celomatycznych .............................................145Środowisko życia ...............................................................................................................................................145Ruch i symetria .................................................................................................................................................145Budowa ciała ......................................................................................................................................................145Czynności życiowe ...........................................................................................................................................146Rozmnażanie .....................................................................................................................................................146Przegląd systematyczny mięczaków ...............................................................................................................146Znaczenie w przyrodzie ...................................................................................................................................147Znaczenie dla człowieka ..................................................................................................................................147

Wtórouste (Deuterostomata) .....................................................................................................................................147Szkarłupnie (Echinodermata): mieszkańcy ciepłych i słonych mórz ...............................................................148Strunowce (Chordata) ..............................................................................................................................................149

Bezczaszkowce (Cephalochordata) ....................................................................................................................150Osłonice (Tunicata) ...........................................................................................................................................150

Kręgowce (Vertebrata) ...............................................................................................................................................150Kręgowce niższe (kręgowce o dwu błonach płodowych) ..........................................................................151Kręgowce wodne – ryby (Pisces) .....................................................................................................................151Płazy: kręgowce ziemnowodne (Amphibia) ..................................................................................................153Kręgowce wyższe (owodniowce) .....................................................................................................................155Gady (Reptilia) ...................................................................................................................................................155Ptaki (Aves) .........................................................................................................................................................158Pochodzenie ptaków, upierzenie i zdolności do lotu ...............................................................................160Ssaki (Mammalia) jako najwyżej rozwinięta gromada kręgowców...........................................................160

Funkcjonowanie organizmu człowieka w oparciu o struktury anatomiczne

Tkanka, narząd, układ: poziomy organizacji ciała człowieka ..........................................................................165Tkanka nabłonkowa .........................................................................................................................................165Tkanka łączna ....................................................................................................................................................167Tkanka mięśniowa ............................................................................................................................................169Tkanka nerwowa ...............................................................................................................................................170

Organizacja tkankowa a powstawanie nowotworów .........................................................................................171Odżywianie ................................................................................................................................................................172

Klasyfikacja składników odżywczych ............................................................................................................172Witaminy i skutki ich braku ..........................................................................................................................173Bilans energetyczny ..........................................................................................................................................175Rola błonnika w diecie ....................................................................................................................................177Tłuszcze w diecie ..............................................................................................................................................178

Układ pokarmowy człowieka .................................................................................................................................178Przewód pokarmowy ........................................................................................................................................178Wątroba i drogi żółciowe ................................................................................................................................184Trzustka ..............................................................................................................................................................184Trawienie u przeżuwaczy .................................................................................................................................184Etapy trawienia cukrów, tłuszczów i białek u człowieka ...........................................................................185Transport i magazynowanie wchłoniętych składników pokarmowych ...................................................186

7 S p i s t r e œ c i

Zaburzenia odżywiania i choroby metaboliczne ........................................................................................187Układ oddechowy i wymiana gazowa ..................................................................................................................189

Oddychanie pod wodą ....................................................................................................................................189Powierzchnie oddechowe u zwierząt oddychających powietrzem ...........................................................191

Drogi oddechowe człowieka ..................................................................................................................................191Jama nosowa ......................................................................................................................................................192Tchawica i oskrzela ...........................................................................................................................................192Płuca ....................................................................................................................................................................192Mechanizm i regulacja oddychania ...............................................................................................................192Regulacja tempa oddechu ...............................................................................................................................193Transport gazów oddechowych we krwi ......................................................................................................194Ciśnienie parcjalne i oddychanie człowieka na dużych wysokościach...................................................196

Serce i układ krążenia .............................................................................................................................................196Rodzaje naczyń krwionośnych .......................................................................................................................196Sieci kapilarne ...................................................................................................................................................197Położenie i budowa serca ................................................................................................................................198Duży i mały krwiobieg ....................................................................................................................................199Cykl pracy serca ................................................................................................................................................199Badanie pracy serca: osłuch, EKG. Pomiar ciśnienia i tętna ....................................................................200Rozrusznik serca ...............................................................................................................................................201Krew, jej rola i składniki ..................................................................................................................................201Krwotok i hemostaza .......................................................................................................................................204

Swój czy obcy? Odpowiedź immunologiczna organizmu ...............................................................................204Centralne i obwodowe narządy limfatyczne ...............................................................................................204Zapalenie jako nieswoista odpowiedź immunologiczna ...........................................................................205Mechanizmy odporności swoistej .................................................................................................................206Alergie i choroby autoimmunologiczne.......................................................................................................211

Układ wydalniczy .....................................................................................................................................................212Osmoregulacja u ryb .......................................................................................................................................213

Wydalanie u człowieka ............................................................................................................................................214Budowa i funkcja nerki ...................................................................................................................................214Choroby i higiena układu moczowego ........................................................................................................216Metody stosowane przy niewydolności nerek .............................................................................................216Analiza moczu...................................................................................................................................................217

Zwierzęta osmokonformistyczne i osmoregulujące ...........................................................................................217Końcowe produkty przemiany azotowej w świecie zwierząt ....................................................................218

Rozmnażanie płciowe u zwierząt i człowieka .....................................................................................................219Gametogeneza ...................................................................................................................................................220Męskie narządy rozrodcze i ich funkcjonowanie .......................................................................................222Żeński układ rozrodczy, cykl płciowy i zapłodnienie ................................................................................223Ciąża i poród ....................................................................................................................................................225

Regulacja nerwowa czynności życiowych i praca mózgu .................................................................................228Zjawiska elektryczne i chemiczne w błonie komórkowej neuronu .........................................................228Budowa i mechanizm działania synapsy ......................................................................................................229Anatomia układu nerwowego .........................................................................................................................232Łuk odruchowy .................................................................................................................................................236Funkcjonalny podział układu nerwowego ...................................................................................................237

Podstawy zoopsychologii ........................................................................................................................................239Narządy zmysłów .....................................................................................................................................................241

Pojęcie receptora i ogólna klasyfikacja zmysłów ........................................................................................241Narząd zmysłu wzroku ....................................................................................................................................241Narząd zmysłu słuchu i równowagi ..............................................................................................................244

8 S p i s t r e œ c i

Zmysł chemiczny: węch i smak .....................................................................................................................247Zmysły skórne ...................................................................................................................................................248Czucie wisceralne i proprioceptywne ...........................................................................................................248

Hormonalna regulacja czynności życiowych ......................................................................................................248Czynność wydzielnicza komórek i typy gruczołów ...................................................................................248Porównanie regulacji nerwowej i hormonalnej ...........................................................................................249Gruczoły wydzielania wewnętrznego ............................................................................................................249Rodzaje hormonów ssaków i człowieka .......................................................................................................249Hormony stawonogów ....................................................................................................................................250Działanie, skutki nadmiaru i niedoboru hormonów u człowieka ..........................................................250Hierarchiczność kontroli hormonalnej i rola podwzgórza ......................................................................252

Skóra jako narząd ....................................................................................................................................................254Budowa skóry człowieka .................................................................................................................................254

Układ ruchu ..............................................................................................................................................................256Rodzaje i funkcja szkieletu u zwierząt ..........................................................................................................256Szkielet człowieka: kości i ich połączenia ....................................................................................................257Choroby układu szkieletowego ......................................................................................................................264Mięśnie jako czynna część aparatu ruchu ...................................................................................................264

Termoregulacja .........................................................................................................................................................267Zmiennocieplność i stałocieplność ...............................................................................................................267

Ontogeneza człowieka ............................................................................................................................................268

Stan zdrowia i choroby

Definicja choroby. Najważniejsze źródła chorób człowieka ...........................................................................269

Fizjologia roślin

Fotosynteza ...............................................................................................................................................................277Budowa i właściwości chlorofilu ...................................................................................................................277Anteny fotosyntetyczne i fotosystemy ..........................................................................................................278Reakcje zależne od światła ..............................................................................................................................279Reakcje niezależne od światła .........................................................................................................................280Uwarunkowania tempa fotosyntezy...............................................................................................................282

Wymiana gazowa u roślin ......................................................................................................................................283Transpiracja i transport wody w roślinie .............................................................................................................285

Zjawiska kapilarne ............................................................................................................................................287Transport asymilatów w roślinie ...........................................................................................................................288Regulacja czynności życiowych roślin .................................................................................................................288

Rodzaje czynników regulujących ...................................................................................................................288Fotoperiodyzm ..................................................................................................................................................288Termoperiodyzm ...............................................................................................................................................289Fitohormony ......................................................................................................................................................289

Pobudliwość i ruchy roślin ....................................................................................................................................290Spoczynek i kiełkowanie nasion ............................................................................................................................292

Przebieg kiełkowania ........................................................................................................................................292

Ekologia

Populacja ekologiczna .............................................................................................................................................293Cechy populacji ................................................................................................................................................293Dynamika liczebności populacji ....................................................................................................................295

Biocenoza ..................................................................................................................................................................298Producenci, konsumenci i reducenci ............................................................................................................298Jak rozumieć pojęcie niszy ekologicznej ......................................................................................................299

Stosunki antagonistyczne między populacjami ..........................................................................................300Stosunki nieantagonistyczne ...........................................................................................................................300Pierwotna i wtórna sukcesja ekologiczna .....................................................................................................302Bioróżnorodność i jej znaczenie ...................................................................................................................303

Ekosystem ..................................................................................................................................................................304Energia i materia w ekosystemie ....................................................................................................................304Cykle biogeochemiczne ...................................................................................................................................305Łańcuchy i sieci troficzne ...............................................................................................................................307Piramidy liczebności, biomasy i produkcji ..................................................................................................308Produkcja brutto i netto oraz produkcja pierwotna i wtórna .................................................................309

Biosfera i biomy Kuli Ziemskiej ...........................................................................................................................310

Genetyka

Historia odkrycia DNA jako nośnika informacji genetycznej i jego struktury ..........................................312Replikacja DNA .......................................................................................................................................................312

Komplementarność jako reguła rządząca replikacją DNA .......................................................................313Replikacja semikonserwatywna.......................................................................................................................313Energia do syntezy DNA i potrzebne enzymy ...........................................................................................314Etapy replikacji .................................................................................................................................................314

Genetyka mendlowska ............................................................................................................................................316Prawa Mendla ....................................................................................................................................................316Proste krzyżówki genetyczne ..........................................................................................................................317Ewolucja pojęcia genu .....................................................................................................................................319Pozorne odstępstwa od praw Mendla ..........................................................................................................319Geny dopełniające się ......................................................................................................................................320Epistaza i plejotropia .......................................................................................................................................320Geny kumulatywne i dziedziczenie cech ilościowych ...............................................................................321

Teoria chromosomowa Morgana ..........................................................................................................................323Mapowanie genów ............................................................................................................................................324

Dziedziczenie płci i cech sprzężonych z płcią ...................................................................................................325Cechy sprzężone z płcią ..................................................................................................................................326

Główny „dogmat” biologii: DNA → RNA → białko .....................................................................................326Ekspresja genu u Prokaryota i Eukaryota ......................................................................................................327Transkrypcja: przepływ informacji genetycznej z DNA na RNA ...........................................................327Kod genetyczny.................................................................................................................................................327Przebieg transkrypcji ........................................................................................................................................329Regulacja transkrypcji ......................................................................................................................................330Translacja: „przekład” sekwencji nukleotydów na sekwencję aminokwasów .........................................330Przebieg translacji .............................................................................................................................................331

Mutacja: błąd podczas przetwarzania informacji genetycznej ........................................................................333Różne rodzaje mutacji .....................................................................................................................................333Mutageny............................................................................................................................................................334

Analiza drzew rodowych ........................................................................................................................................335Choroby genetyczne, ich uwarunkowania i przejawy .......................................................................................335

Ciężkie upośledzenia wrodzone .....................................................................................................................335Bloki metaboliczne ...........................................................................................................................................336

Pochodzenie i zmienność form życia

Biogeneza: pochodzenie i powstanie życia na Ziemi .......................................................................................338Teoria samorództwa i jej obalenie .................................................................................................................338Poglądy na powstanie życia ............................................................................................................................338

Dowody na istnienie życia przed milionami lat i ewolucję organizmów .....................................................341

10 S p i s t r e œ c i

Dowody pośrednie ...........................................................................................................................................341Dowody bezpośrednie .....................................................................................................................................341Datowanie skamieniałości roślin i zwierząt .................................................................................................342

Definicja i rodzaje zmienności w populacjach naturalnych ...........................................................................342Zmienność dziedziczna i niedziedziczna .....................................................................................................342

Mechanizmy ewolucji .............................................................................................................................................344Losowość i bezkierunkowość mutacji ...........................................................................................................344Dobór naturalny i dostosowanie genotypów ..............................................................................................344Selekcja sztuczna ...............................................................................................................................................346Dryf genetyczny ................................................................................................................................................346

Prawo Hardy’ego–Weinberga .................................................................................................................................347Znaczenie rekombinacji genetycznych .........................................................................................................348Preadaptacje .......................................................................................................................................................349

Powstawanie gatunków i rodzaje specjacji ..........................................................................................................349Radiacja adaptatywna .......................................................................................................................................350

Etapy rozwoju życia na Ziemi ...............................................................................................................................350Najstarsze kopalne ślady życia .......................................................................................................................350Tabela stratygraficzna.......................................................................................................................................350Afryka kolebką ludzkości: formy przedludzkie i praludzkie ....................................................................352

Indeks

14 B i o c h e m i a c z y l i c h e m i a ¿ y c i a

Aby można było analizować składniki próbki, należy je wyodrębnić za pomocą jednej z metod: • ekstrakcja polega na wytrząsaniu próbki z rozpuszczalnikiem organicznym, do którego przechodzą substancje nierozpuszczalne w wodzie, jak chlorofil, karoten • chromatografia to przepuszczanie próbki (np. zhomogenizowanej tkanki, wydzieliny) przez tzw. no-śnik (np. bierne wzdłuż paska bibuły, ch. bibułowa, lub tłoczenie przez kolumnę żelu, ch. kolumnowa), podczas którego poszczególne składniki migrują z właściwą sobie prędkością, uzależnioną m.in. od masy cząsteczkowej; w ten sposób następuje ich rozdzielenie i staje się możliwa ich identyfikacja • elektroforeza wykorzystywana jest do rozdziału dużych cząsteczek (białek, DNA, RNA) i wykorzy-stuje różnice zarówno w ich masie, jak i ładunku elektrycznym; na specjalnym żelu w polu elektrycznym cząsteczki wędrują z różną prędkością między biegunami (+) i (–) • metody immunochemiczne polegają na inkubacji płynnej próbki z przeciwciałami (immunoglobu-linami), specyficznymi dla poszukiwanych związków, np. hormonów, enzymów

Makroelementy i pierwiastki biogenne

makroelementy są to pierwiastki, których udział w suchej masie organizmu wynosi co najmniej 0 ,01%. Ten warunek spełniają: węgiel, wodór, tlen, azot, fosfor, siarka, sód, potas, chlor, magnez i wapń.

Udział procentowy (oś rzędnych) poszczególnych pierwiastków w masie organizmu człowieka

Niektóre pierwiastki, będące dla człowieka mikroelementami, w masie innych organizmów mogą mieć tak znaczny udział, że stanowią dla nich makroelementy. Dotyczy to np. krzemu (Si). Krzemionka SiO2 wysyca ściany komórkowe wielu roślin, np. skrzypów i traw, buduje pancerzyki okrzemek i radiolarii.

Pierwsze sześć z wymienionych makroelementów, stanowiących zdecydowaną większość w masie organizmu, określa się jako pierwiastki biogenne (w dosłownym znaczeniu „rodzące życie”, z greckiego bios – życie, genos – pochodzenie).

po

zio

m r

oz

sze

rzo

ny

41 U l t r a s t r u k t u r a k o m ó r k i e u k a r i o t y c z n e j

Plazmidy to małe, koliste cząsteczki DNA, o zmiennej liczbie, rozmieszczone w cytoplazmie bakterii. Zawierają np. geny oporności na antybiotyk lub inne, których komórka potrzebuje tylko doraźnie. Są wymieniane między komórkami, co stanowi formę aktu płciowego.

Rybosomy to nieobłonione organella, kompleksy utworzone z białek i rybosomalnego RNA. Z ich udziałem odbywa się translacja (łączenie się aminokwasów w łańcuchy polipeptydowe). Rybosomy pro-kariotyczne mają wielkość 70S3.

FiMbrie (pile) i rZęski bakTeryjneFimbrie (pile) to rurkowatego kształtu struktury, pokrywające powierzchnię komórki bakteryjnej.

Biorą udział w procesach przylegania bakterii do podłoża (np. do komórek nabłonka gardła lub jelit) oraz w łączeniu się bakterii podczas aktu płciowego.

Rzęski bakteryjne to struktury włókienkowate, utworzone z białka f lageliny, stanowiące organella ruchu. U podstawy rzęski znajduje się układ białek, które wprawiają rzęskę w ruch rotacyjny. Rzęski mogą być umieszczone w pęczkach po kilka.

ultrastruktura komórki eukariotycznejO prokariontach mówi się, że ich budowa komórkowa jest względnie jednolita, podczas gdy zróżni-

cowanie rodzajów metabolizmu ogromne. Eukarionty, na odwrót, są podobne pod względem metabolicz-nym (glikoliza i oddychanie tlenowe), natomiast bardzo zróżnicowane strukturalnie.

przykładowe komórki eukariotyczne

Stopień komplikacji komórek eukariotycznych ilustruje schemat komórki roślinnej i zwierzęcej.

Ultrastruktura komórki eukariotycznej zwierzęcej (po prawej stronie) i roślinnej (po lewej stronie). aG – aparat Golgiego, aps – amyloplast, BK – błona komórkowa, chl – chloroplast, chr – chromatyna, cp – ciałko podstawowe wici lub rzęski, J – jąderko, JK – jądro komórkowe, Kl – kariolemma, mK – mikrokosmki, ml – mikrociała i lizosomy, mt – mitochondrium, pe – pęcherzyk endocytarny lub egzocytarny, pJ – por jądrowy, r – wolne rybosomy, rer – szorstka siateczka śródplazmatyczna, Ser – gładka siateczka śródplazmatyczna, śK – ściana komórkowa, t – tonoplast, W – wakuola, Wr – wić lub rzęska eukariotyczna

3 Wielkość S informuje o względnej wielkości dużych cząsteczek, takich jak białka (wartości S nie sumują się).

po

zio

m ro

zsz

erz

on

y

98 R ó ¿ n o r o d n o œ æ o r g a n i z m ó w ¿ y w y c h

po

zio

m r

oz

sze

rzo

ny

a – cykl życiowy skrętnicy Spirogyra z udziałem pełzakowatych protoplastów B – cykl życiowy zawłotni Chlamydomonas z udziałem pływek

W diplontycznym cyklu życiowym faza haploidalna ogranicza się do gamet. Mejoza poprzedza bezpośrednio wytworzenie gamet i dlatego zwana jest pregamiczną. Cykl taki spotykamy u morszczynu (Fucus), syfonalnych zielenic np. Acetabularia i u śluzorośli.

prZeMiana pokoleń i jej odMiany

przemiana pokoleń – regularne następowanie po sobie formy haploidalnej i diploidalnej w cyklu życiowym.

Pokolenie haploidalne (n) zwane jest płciowym albo gametofitem. Produkuje ono gamety w spe-cjalnych strukturach, gametangiach. Pokolenie diploidalne (2n) to pokolenie bezpłciowe albo sporofit, wytwarzające zarodniki (spory) w zarodniach (sporangiach).

Jeżeli gametofit i sporofit mają identyczny wygląd, mówimy o izomorficznej przemianie pokoleń; np. sałata morska, gałęzatka (zielenice), dikcjota (brunatnice).

izomorficzna przemiana pokoleń u taśmy (Enteromorpha, zielenice)

127

po

zio

m ro

zsz

erz

on

y

O k r y t o z a l ¹ ¿ k o w e . . .

przegląd nagonasiennych: liść miłorzębu dwuklapowego (a), gałązka żywotnika (B), szyszka sosny śródziemno-morskiej, widoczne wyciski po nasionach na wierzchniej stronie łusek (c) i gałązka świerka (D)

-- świerk pospolity (Picea excelsa) wyróżnia chropowata kora, kłujące czworograniaste szpilki, często powyginany lub rozdwojony pień z licznymi suchymi gałęziami w dolnej części; tworzy cieniste bory w wyższych położeniach górskich i na Suwalszczyźnie

– modrzew (Larix sp.) występuje w górskich lasach, posiada stożkowatą koronę z liśćmi opadającymi na zimę, rozmieszczonymi na krótkopędach, które z czasem wyrastają w długopędy

– sosna zwyczajna (Pinus silvestris) to główny gatunek lasotwórczy polskiego niżu; zróżnicowany pokrój, osobniki wystawione na silne wiatry mają często zniekształcony pień i gałęzie (np. w Pie-ninach); kora łuszcząca się płatami, w górnej części pnia czerwonawożółta; szpilki wyłącznie na krótkopędach

– kosodrzewina (Pinus mugo) to sosna krzewiasta, żyjąca w Tatrach i na Babiej Górze ponad górną granicą lasu

– limba (Pinus montana) jest drzewem rosnącym w Tatrach powyżej granicy lasu; szpilki po 5 na krótkopędzie; nasiona oleiste, stanowią pokarm dla zwierząt

Znaczenie przyrodnicze i gospodarcze nagonasiennychGatunki sosny, świerka i jodły stanowią główny składnik tajgi i borów strefy umiarkowanej. Większość

szpilkowych dostarcza cennego surowca drzewnego (drewno budowlane, np. modrzew, sosna, na papier). Olejki eteryczne (cedr, pinia) znajdują zastosowanie w farmacji (skuteczny środek bakteriostatyczny) i przemyśle perfumeryjnym. Bursztyn jest żywicą kopalną.

Okrytozalążkowe (okrytonasienne, Angiospermae)Podobnie jak wcześniej nagonasienne z paproci, tak rośliny o zalążkach okrytych na przestrzeni ery

mezozoicznej wyewoluowały z pewnych linii nagonasiennych. Pod względem liczby dziś żyjących gatun-ków i zajmowanej przestrzeni życiowej przewyższają wszystkie pozostałe rośliny rosnące na Ziemi dziś i w którymkolwiek momencie jej dziejów.

161

po

zio

m ro

zsz

erz

on

y

S s a k i ( M a m m a l i a ) j a k o n a j w y ¿ e j r o z w i n i ê t a . . .

inne układy FunkCjonalneSerce czterodziałowe. Zachowany jeden, lewy łuk aorty. Erytrocyty bezjądrzaste. Płuca pęcherzyko-

wate, wentylowane skurczami przepony i mięśni międzyżebrowych. Cewka moczowa uchodzi na zewnątrz oddzielnie (wyjątek stekowce).

roZMnażanieŻyworodność połączona z karmieniem młodych mlekiem oraz długotrwałą opieką nad nimi (wyjąt-

kiem są jajorodne stekowce).

prZodkowie ssakówPrzodkami ssaków były Synapsida, które już w karbonie wyodrębniły się z wspólnego drzewa rodo-

wego gadów13. W następnym okresie, permskim, przeżywali rozkwit ich kolejni przedstawiciele: peliko-zaury, np. Dimetrodon ze skórną krezą na grzbiecie, rozpiętą na kostnych prętach i służącą termoregulacji, oraz gady ssakopodobne Therapsida.

W obrębie gadów ssakokształtnych wykształciły się typowe dla ssaków cechy: subtelna budowa kośćca, smukłe i wsunięte pod ciało kończyny umożliwiające bieg, a także wysokie tempo metabolizmu i stałocieplność. Z nich wywodzą się Theriodontia, gady ssakozębne, wśród których cynodonty posiadały uzębienie zróżnicowane na siekacze, kły i trzonowce, wtórne podniebienie (możliwe oddychanie podczas gdy pokarm znajduje się w jamie gębowej) oraz przeponę uczestniczącą w oddychaniu. Prawdopodobnie przejawiały wysokie tempo przemiany materii. W okresie triasu pojawiły się prawdziwe ssaki, posiadające trzy kosteczki słuchowe.

Ssaki aż do końca ery mezozoicznej wyglądem i rozmiarami przypominały dzisiejsze owadożerne. W przeciągu tej ery podzieliły się na wieloguzkowce †, stekowce, torbacze i łożyskowce.

prZegląd ssaków

podg

rom

ada

rząd charakterystyka występowanie i przedstawiciele w faunie polski

pras

saki

stekowce

grupa prymitywna, relikt dawnych ssa-ków;cechy gadzie: kości krucze i śródoboj-czyk, jajorodność, rozstawienie kończyn na boki, stek, brak mięśni mimicznych, niezbyt sprawna termoregulacjacechy ssacze: trzy kostki słuchowe, włosy, gruczoły mleczne, budowa serca, nerek (wydalanie mocznika) i płuc, bez-jądrzaste erytrocyty

dziobak (szczęki opatrzone dziobem, ziemnowodny, żywi się wodnymi bezkrę-gowcami, Australia i Tasmania)kolczatka (2 gatunki, lądowa, mrówkożer-na, Australia i Nowa Gwinea)

nie występują

ssak

i niż

sze

(torb

acze

)

brak łożyska, maleńkie noworodki przedostają się do torby lęgowejcechy prymitywne: duża liczba zę-bów, mały mózg, słabe więzi społeczne, niskie tempo metabolizmu

Ameryka: dydelfy i zbójnikiAustralia – owado-żerne: mrówkożer, kret torbowy, jamraj; roślinożerne: kangur, pałanka, koala, kuskus; podobne do gryzoni: wombat; drapieżne: diabeł tasmański

13 Jeśli trzymać się reguł taksonomii filetycznej, w istocie ssaki są jedyną pozostałą przy życiu grupą Synapsida.

162 R ó ¿ n o r o d n o œ æ o r g a n i z m ó w ¿ y w y c h

po

zio

m r

oz

sze

rzo

ny

podg

rom

ada

rząd charakterystyka występowanie i przedstawiciele w faunie polski

ssak

i wyż

sze

(łoży

skow

ce)

owadożerne

drobne drapieżniki, podobne do ssa-ków mezozoicznych; prymitywne uzę-bienie; obrona: gruczoły jadowe (zębie-łek), kolce (jeż)

almiki (Haiti, Kuba), tenreki (Madagaskar, Komory), złotokrety (Afryka)

jeż, kret, ryjów-ka aksamitna, rzęsorek rze-czek, zębiełek

tupaje

nadrzewne, dzienne zwierzęta, podob-ne do wiewiórek, o prymitywnym uzę-bieniu; chwytne kończyny, duże oczy i mózg

tupaje (Azja Pd.-Wsch.) nie występują

latawce

nocne zwierzęta spędzające większość życia na drzewie, żywiące się liśćmi, zdolne do lotu ślizgowego dzięki spina-jącym kończyny fałdom skóry

latawce (1 rodzaj w Azji Pd.-Wsch.) nie występują

nietoperze

najbliżsi krewni naczelnych; cechy pry-mitywne (uzębienie) połączone z wyso-ką specjalizacją (jedyne ssaki zdolne do aktywnego lotu); orientacja za pomocą echolokacji (emisja i odbiór odbitych ultradźwięków)

ok. 900 gatunków, tropikalne duże n. owocożerne i sięgające po str. umiarkowane n. owadożerne

21 gatunków, m. in. gacek wielko-uch, borowiec wielki, nocek duży, podko-wiec duży

naczelne

doskonały wzrok (widzenie stereosko-powe), niższe przystosowane do życia w gałęziach drzew (chwytne dłonie, stopy i ogon; skoki, brachiacja), wyż-sze naziemne, utrata ogona i ewolucja w kierunku dwunożności; cechy uzę-bienia prymitywne, roślinożerne lub wszystkożerne; wielki mózg i inteligen-cja, złożone stosunki społeczne

małpiatki: lemury (Ma-dagaskar), lori (Azja, Afryka), wyrak (Azja);małpy szerokonose (Ameryka): wyjce, czepiaki, tamaryny;małpy wąskonose (Stary Świat): pawiany, małpy człekokształtne: gibbon, orangutan, goryl, szympans

nie występują

szczerbaki

brak części lub całości uzębienia, niety-powa liczba kręgów szyjnych; powolne, ochroną przed drapieżcami jest życie na cienkich gałęziach (leniwiec), pancerz (pancernik) lub pazury (mrówkojad)

Ameryka (leniwiec - liściożerny, pancernik, mrówkojad – zjada termity, tamandua)

nie występują

łuskowce żywią się termitami i mrówkami, łusko-waty pancerz

Afryka i Azja Pd.-Wsch. nie występują

gryzonie

drobne ssaki, obecnie w rozkwicie; ce-chy prymitywne (stopochodność, mały mózg), bardzo efektywnie wykorzystują pokarm, który doprowadzają do pyska przednimi kończynami; większość rośli-nożerna, duże siekacze

30% żyjących obecnie ssaków; kapibara (Ame-ryka, do 50 kg), świnka morska, skoczek pustynny, jeżozwierz, polatucha, leming, piesek preriowy, urson, goffer

szczur wędrow-ny, myszy (nor-nica, badylarka, mysz leśna), chomik, bóbr, wiewiórka, su-seł, orzesznica, pilch

zajęczakipodobne do gryzoni, nie przytrzymują pokarmu kończynami; koprofagia (zja-danie własnego kału)

szczekuszka, królik, zając bielak zając szarak

179 P r z e w ó d p o k a r m o w y

anatomia układu pokarmowego człowieka

uZębienieW budowie zęba wyróżniamy:

• koronę zęba wystającą ponad dziąsło, wchodzącą w kontakt z pokarmem • szyjkę przykrytą w większości przez dziąsło (patologiczne obnażenie szyjek towarzyszy paradonto-

zie) • korzeń, wciśnięty w zębodółZęby z zewnątrz pokrywa szkliwo (emalia). Jest to najtwardsza substancja w ciele człowieka, w jej skład wchodzą sole wapnia i fosforu. Fluor chroni szkliwo przed próchnicą, a jego nadmiar (np. w wodzie pitnej w niektórych miejscach na świecie) daje efekt „szkliwa marmurkowego”, co jest związane z wysoką odpornością na próchnicę. Szkliwo nie jest unerwione ani ukrwione.

Budowa zęba

245 N a r z ¹ d z m y s ³ u s ³ u c h u i r ó w n o w a g i

część ucha element budowa i zadania

ucho środkowe

kosteczki słuchowe łańcuch trzech zestawionych kosteczek (młoteczek, kowadełko, strzemiączko) przenoszących drgania

trąbka (przewód) Eustachiusza

połączenie ucha środkowego z nosogardzielą, wyrównuje ciśnienie w uchu wewnętrznym, bywa drogą rozprzestrzeniania infekcji

ucho wewnętrzne (błędnik błoniasty), leży w obrębie kana-łów i komór w kości skroniowej, zwanych błędnikiem kostnym

ślimak

ślimakowato zwinięty, zwężający się stopniowo przewód podzielony wzdłuż na 3 podłużne kanały; środkowy (ślimakowy) wypełniony jest endolimfą, dwa boczne perylimfą; w kanale bębenkowym na-rząd Cortiego, rejestrujący natężenie, wysokość i barwę dźwięku

przedsionekzłożony z woreczka i łagiewki, w których znajdują się otolity (kryształki węglanu wapnia, których bezwładność jest rejestrowana jako sygnał zmiany pozycji głowy); jest narządem równowagi

kanały półkoliste kanały ustawione w trzech płaszczyznach symetrii, ruch cieczy w każdym z nich informuje o zmianach pozycji głowy

części ucha i ich funkcje

Budowa ucha

uCho wewnęTrZne jako narZąd równowagiReceptory zmysłu równowagi mieszczą się w woreczku, łagiewce i kanałach półkolistych, tworzących

wspólnie tzw. narząd przedsionkowy unerwiony przez nerw przedsionkowy. Wyścieła go nabłonek zmysłowy, dla którego komórek charakterystyczna jest obecność rzęski.

Woreczek i łagiewka rejestrują zmiany przyspieszenia liniowego. Nabłonek zmysłowy przykryty jest galaretowatym osklepkiem, z którym związane są liczne kryształki węglanu wapnia (otolity). Siłą bezwładności uciskają one komórki zmysłowe, pozwalają w ten sposób ocenić prędkość poruszania się przy dowolnej pozycji głowy, np. by zwolnić lub przyspieszyć krok.

Kanały półkoliste pozwalają ocenić przyspieszenie kątowe. Nabłonek zmysłowy mieści się w bań-kach (ampułkach) u podstawy każdego z trzech kanałów półkolistych, rejestrujących ruch głowy w trzech płaszczyznach (prawo – lewo, przód – tył, góra – dół). Komórki zmysłowe w ampułkach reagują na zmianę nacisku słupa płynu wypełniającego kanał półkolisty, brak jest otolitów. Mózg otrzymuje zintegrowaną informację z wszystkich trzech kanałów.

256 Fu n k c j o n o w a n i e o r g a n i z m u . . .

po

zio

m r

oz

sze

rzo

ny

• parowania wody z powierzchni skóry – nadmiar energii cieplnej jest zużywany do przeprowadzenia wody ze stanu ciekłego w gazowy

• konwekcji, czyli przeniesienia drgań cząsteczek skóry na cząsteczki powietrza lub wodyGdy jest zimno, naczynia skórne zwężają się, ograniczając kontakt krwi z powierzchnią ciała. Wskutek odruchowego skurczu mięśni gładkich następuje stroszenie włosów. Powietrze przytrzymywane pomiędzy włosami nagrzewa się od skóry i nie jest łatwo wywiewane, tworząc w ten sposób płaszcz cieplny na powierzchni skóry. Podściółka tłuszczowa skóry posiada właściwości termoizolacyjne. U zwierząt narażo-nych na utratę ciepła występuje obfita sierść (owce, muflony, zimowa szata jeleni), gruba warstwa tłuszczu (ssaki morskie) lub jedno i drugie.

opalanie się i opaleniZnaBrązowy odcień skóry jest reakcją na wysoką insolację i polega na intensywnej produkcji melaniny.

Zdolność do opalenizny jest niska u osób rasy nordycznej, najlepsza u śródziemnomorskiej. Długotrwała ekspozycja na słońce nie jest korzystna nawet dla osób o ciemnej karnacji ze względu na: • przegrzanie krwi przepływającej przez skórę, prowadzące do uszkodzenia mózgu • mutagenne działanie promieni UV (nowotwory powstające z melanocytów, tzw. czerniaki, należą do

najszybciej rozwijających się i najgroźniejszych) • wiotczenie, przesuszanie i starzenie się skóry

układ ruchuDo wykonania ruchu potrzebna jest sztywna dźwignia (u zwierząt elementy szkieletu, nazywanego

biernym elementem układu ruchu), posiadająca punkt zaczepu i punkt swobodny, oraz narząd moto-ryczny (mięśnie, czynna część układu ruchu).

Rodzaje i funkcja szkieletu u zwierząt

rodzaje szkieletu w świecie zwierząt

Zwierzęta rozwiązały utworzenie szkieletu na dwa sposoby: • szkielet zewnętrzny tworzą połączone stawami puste w środku rury, którymi mięśnie poruszają od

środka • szkielet wewnętrzny składa się z litych elementów pokrytych od zewnątrz warstwą mięśni.Szkielet pełni równocześnie funkcje ochronne, a ze względu na podobne wymagania mechaniczne sta-wiane dźwigniom układu ruchu i tkankom ochronnym oba typy funkcji łączą się w szkielecie człowieka. Stanowi też rezerwuar soli mineralnych, które mogą być w razie potrzeby przesuwane do cytoplazmy. Jamy kości gąbczastej wypełnia tkanka krwiotwórcza.

258 Fu n k c j o n o w a n i e o r g a n i z m u . . .

– na grubość – dzięki aktywności osteoblastów w okostnej • przez całe życie, dzięki działalności okostnej, i jest to:

– przebudowa kości (średnio 10 razy w ciągu życia), polegająca na tworzeniu się nowych osteonów wokół wnikających naczyń krwionośnych; kość jest modelowana stosownie do działających na nią sił, np. u osób aktywnych fizycznie i z dużą masą mięśniową kości są silniejsze, jednak zbytnie ich przeciążanie hamuje wzrost

– regeneracja po złamaniach

budowa sZkieleTu CZłowieka

Schemat szkieletu człowieka

Szkielet człowieka