Химия и её роль в развитии естественнонаучных знаний

Другой способ бесполого  размножения — почкование. Почкованием  размножаются многие низшие грибы, например дрожжи (рис. 42), и даже многоклеточные животные, например пресноводная гидра (рис. 43). При почковании дрожжей на клетке образуется утолщение, постепенно превращающееся в полноценную дочернюю клетку дрожжей. На теле гидры несколько клеток начинают делиться, и постепенно на материнской особи вырастает маленькая гидра, у которой образуются рот со щупальцами и кишечная полость, связанная с кишечной полостью «матери». Если материнская особь поймает добычу, то часть питательных веществ попадает и в маленькую гидру, и, наоборот, дочерняя особь, охотясь, также «делится» пищей с материнской особью. Вскоре маленькая гидра отделяется от материнского организма и обычно располагается рядом с ней. Теперь «мать» и «дочь» будут конкурировать за пищу. Вот почему гидры размножаются почкованием только тогда, когда условия существования хорошие и пищи достаточно.

Нередко бесполому размножению  бактерий предшествует образование  спор. Бактериальные споры — это покоящиеся клетки со сниженным метаболизмом, окружённые многослойной оболочкой, устойчивые к высыханию и другим неблагоприятным условиям, вызывающим гибель обычных клеток. Спорообразование служит как для переживания таких условий, так и для расселения бактерий: попав в подходящую среду, спора прорастает, превращаясь в вегетативную (делящуюся) клетку.

Бесполое размножение  с помощью одноклеточных спор свойственно и различным грибам и водорослям. Споры во многих случаях образуются путём митоза (митоспоры), причём иногда (особенно у грибов) в огромных количествах; при прорастании они воспроизводят материнский организм. Некоторые грибы, например злостный вредитель растений фитофтора, образуют подвижные, снабжённые жгутиками споры, называемые зооспорами или бродяжками. Проплавав в капельках влаги некоторое время, такая бродяжка «успокаивается», теряет жгутики, покрывается плотной оболочкой и затем, в благоприятных условиях, прорастает.

Помимо митоспор, у многих из указанных организмов, а также у всех высших растений формируются споры и иного рода, а именно мейоспоры, образующиеся путём мейоза. Они содержат гаплоидный набор хромосом и дают начало поколению, обычно не похожему на материнское и размножающемуся половым путём. Таким образом, образование мейоспор связано с чередованием поколений — бесполого (дающего споры) и полового.

Еще один способ бесполого  размножения — вегетативное размножение, особенно часто встречающееся у  высших растений. При таком способе  размножения целое растение развивается  из какого-либо вегетативного органа или даже части органа растения. Так, например, растения могут размножаться стеблем или его частью и видоизменениями: отводками (смородина), черенками (тополь), усами (земляника), клубнями (картофель), корневищами (ирис), луковицами (лук, чеснок, тюльпан). Возможно также вегетативное размножение корнями (малина, слива) и корне-клубнями (георгин). В определенных условиях растение может размножаться и черенком листа (бегония). 

Некоторые организмы могут  размножаться делением тела на несколько  частей, причём из каждой части вырастает  полноценный организм, во всём сходный  с родительской особью (плоские и  кольчатые черви, иглокожие).

Бесполое размножение  позволяет быстро увеличивать численность  вида в благоприятных условиях. Но при таком способе размножения  все потомки имеют абсолютно  такой же генотип, как и родительская особь: ведь они развиваются из клеток тела этой особи. Следовательно, при  бесполом размножении не происходит увеличения генетического разнообразия, которое может оказаться очень  полезным при изменении условий  существования вида. Вот по этой причине подавляющее большинство  живых организмов на Земле периодически или постоянно размножается половым  путем.

Половое размножение

Половое размножение является наиболее эффективным путем воспроизводства организмов, дающим возможность «перетасовки» и комбинирования генов. Предполагают, что оно развилось из бесполого, возникнув около 1 млрд лет назад, причем первые этапы в этом процессе были связаны с усложнением в развитии гамет. Примитивные гаметы характеризовались недостаточной морфологической дифференцировкой, в результате чего для многих организмов ведущей была изогамия (от греч. isos — равный, gamos — брак), когда половые клетки были подвижными изогаметами, еще не дифференцированными на мужские и женские формы. Изогамия встречается у ряда видов простейших. 
В последующем получила развитие анизогамия (от греч. anisos — неравный, games — брак), характеризующаяся дифференцировкой гамет, различающихся между собой лишь по величине. Примером анизогамии является образование гамет также у ряда видов простейших. У этих организмов размеры гамет различны (макрогаметы и микрогаметы). 
На более поздних этапах эволюции животных возникли резкие различия в подвижности, форме и размерах гамет, что особенно заметно в случае гамет млекопитающих. Следует добавить также, что у млекопитающих выработалась также способность продуцировать мужские гаметы в огромных количествах. 
Биологическая роль полового размножения исключительно велика. Несомненно, что она имеет значительные преимущества по сравнении с вегетативным размножением и размножением спорообразованием. Еще К. А. Тимирязев (1843-1920) неоднократно обращал внимание на половое размножение как на выдающийся источник изменчивости организмов, поскольку в ходе мейоза имеет место рекомбинация генов, а при объединении гамет — образование новых сочетаний генов. Можно сказать, что в природе половое размножение является доминирующим по сравнению с другими формами размножения. У животных, размножающихся половым путем, репродуктивная способность сохраняется относительно долго. Так в случае человека способность к репродукции у женщин сохраняется в основном до 40-45 лет, а у мужчин — практически всю жизнь. 
Поскольку для полового размножения требуются два родителя, то это вызывает определенные трудности во встрече партнеров. Однако в ходе эволюции у позвоночных в порядке компенсации выработался также ряд добавочных приспособлений, облегчающих перенос половых клеток самца в половые пути самки и создающих условия для развития оплодотворенной яйцеклетки. Эти приспособления в ходе эволюции развились из выделительной системы, что привело к формированию мочеполовой системы. У многих организмов развилась независимая тенденция к прямому развитию и живорождению. Если прямое развитие отмечается уже у большинства безлегочных саламандр, у всех безногих и у значительной части бесхвостых амфибий, то живорождение у животных появляется, начиная с чешуйчатых рептилий. Появление живорождения обязано преимущественному выживанию на ранних этапах развития внутри материнского организма. Считают, что возникновение живорождения у позвоночных связано с экологическими условиями. 
Например, у рептилий оно связано с адаптацией их к жизни в высоких широтах, у амфибий — с адаптацией к низким температурам, а у хрящевых рыб — с адаптацией к жизни в тропических широтах. 
Диплоидное состояние сопровождается накоплением различных аллелей. Поэтому половое размножение имеет еще и то преимущество, что оно представляет организмам большую возможность изменчивости по сравнению с бесполым, а это имеет важнейшее значение в эволюции. 
Явные репродуктивные преимущества имеет партеногенез, т. к. он продуцирует потомство лишь женского рода. Однако он редок. Для объяснения низкой частоты замещения партеногенезом полового размножения в естественных популяциях организмов используют две гипотезы. В соответствии с одной из гипотез (мутационно - аккумулятивной) пол является адаптивным приспособлением, поскольку он «очищает» геном от повторяющихся мутаций, тогда как по другой гипотезе (экологической) пол является адаптивным приспособлением в меняющихся условиях среды. Многие считают, что обе гипотезы справедливы. 
У растений в связи с эволюционным развитием неподвижности в образе жизни возникла необходимость в выработке приспособлений, обеспечивающих объединение мужских и женских гамет. Эволюция водных растений привела к появлению подвижных мужских половых клеток. У семенных растений развились пыльца и пыльцевая трубка, а также семя, что способствовало исключительному распространению растений. 
Половое размножение растений играет важную роль в их распространении .

Гаметы гаплоидны - они  содержат один набор хромосом, полученный в результате мейоза; они служат связующим звеном между данным поколением и следующим (при половом размножении  цветковых растений сливаются не клетки, а ядра, но обычно эти ядра тоже называют гаметами).

Мейоз - важный этап жизненных  циклов, включающих половое размножение, так как он ведет к уменьшению количества генетического материала  вдвое. Благодаря этому в ряду поколений, размножающихся половым  путем, это количество остается постоянным, хотя при оплодотворении оно каждый раз удваивается. Во время мейоза в результате случайного расхождения  хромосом (независимое распределение) и обмена генетическим материалом между  гомологичными хромосомами (кроссинговер) возникают новые комбинации генов, попавших в одну гамету, и такая  перетасовка повышает генетическое разнообразие. Слияние содержащихся в гаметах гаплоидных ядер называют оплодотворением или сингамией; оно приводит к образованию диплоидной зиготы, т.е. клетки, содержащей по одному хромосомному набору от каждого из родителей. Это объединение в зиготе двух наборов хромосом (генетическая рекомбинация) представляет собой генетическую основу внутривидовой изменчивости. Зигота растет и развивается в зрелый организм следующего поколения. Таким образом, при половом размножении в жизненном цикле происходит чередование диплоидной и гаплоидной фаз, причем у разных организмов эти фазы принимают различные формы.

Кто разработал квантовую  модель атома?

Н. Бор

Становление представлений об устройстве атома опирается на идеи глубокой древности, но атомное строение вещества установила химия XIX в. Современная атомная теория ведет свое начало от сформулированного А. Лавуазье закона постоянства состава. Реальность атомов была подтверждена самим фактом броуновского движения.

Развитие представлений  о строение атома опирается на три яркие физические модели. Первой из них была модель Дж. Томсона который предположил, что атом подобен «булке с изюмом», где булка – это сам атом, а роль «изюма» играют электроны. В более строгих терминах он предположил модель атома в виде положительно заряженной по объёму сферы диаметром около 10-10 м,  внутрь которой «вкраплены» электроны. Суммарный отрицательный заряд электронов компенсируется положительным зарядом сферы. Томсон считал, что электроны группируются в слои вокруг центра сферы, а масса атома равномерно распределена по его объему.

В 1911 г. Резерфод предложил ядерную модель атома. Возникновение этой модели было связанно с установлением существования ядер атомов. Было также осознано, что весь остальной объем атома заполнен электронами. Модель возникла в результате исследования а -лучей. Их рассеяние хорошо объяснялось положительно заряженным маленьким ядром, заключающим в себе почти всю массу атома и окруженным «планетной системой» электронов.

Н.Бор в 1913 г. Создал количественную модель атома, в которой было доказано сходство с планетарной системой. Электроны вращаются вокруг ядер подобно тому, как планеты вращаются  вокруг звезд. Н. Бор предположил, что  электроны находятся на стационарных орбитах и не излучают энергию. Порция энергии излучается лишь при переходе с одной стационарной орбиты на другую: hv=En – Ek, где En и Ek – энергия электрона на его начальной и конечной орбитах. Обобщение теории Бора принадлежит А. Зоммерфельду, а саму обобщенную модель часто называют моделью Бора – Зоммерфельда. Однако уже в 20-е гг. ХХ в. Стало ясно, что электронных орбит нет, а есть области, в которых электрон может существовать.