Biologie

E-learning jako vzdělávací nástroj školy 3. tisíciletí

  • Full Screen
  • Wide Screen
  • Narrow Screen
  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Obecná biologie

Email Tisk PDF
Obecné vlastnosti všech živých soustav

Chemické složení – organismy jsou vysoce organizované a strukturálně stejné živé soustavy. Základní prvky živé hmoty jsou: C, O, H, N (P, S) – tzv. makrobiogenní prvky (přidatné makrobiogenní prvky). Organické látky - bílkoviny, nukleové kyseliny, lipidy a sacharidy - jsou hlavním chemickým základem všech organismů.

Vysoký stupeň organizace a vnitřní složitost. Buňky přizpůsobené k určité funkci, zpravidla tvarově stejné a stejného původu tvoří tkáně (u živočichů) nebo pletiva (u rostlin). Tkáně tvoří orgány, které jsou základem pro činnost jednotlivých orgánových soustav, pouze u živočichů. U rostlin tvoří orgány celý organismus. Orgánové soustavy živočichů tvoří výsledný organismus.

Látkový a energetický metabolismus. Z hlediska látkové výměny probíhají v každém organismu dva typy metabolických dějů:

a) katabolické – dochází ke štěpení složitějších látek na látky jednodušší; energie se při těchto dějích vždy uvolňuje;

b) anabolické – z jednodušších látek vznikají látky složitější, energie se při nich spotřebovává.

Energie se v buňkách ukládá ve formě universálních molekul ATP (adenosintrifosfát) v podobě chemická energie z živin, podle potřeby organismu se tato může z buněk uvolnit a transformovat v jiné biologické formy energie. K hlavním formám energie v živých soustavách patří: mechanická (pohyb), elektrická (nervové tkáně, srdeční tkáň aj.), světelná (u některých živočichů, např. světlušky), tepelná (je vždy pro organismus ztrátová), osmotická (vzniká působením osmoticky aktivních částic na selektivně propustnou biomembránu).

Růst a vývin. Růst jednobuněčných i mnohobuněčných organismů je vždy spjat s postupnými změnami, které jsou nezbytné pro výkon určitých funkcí. Tyto změny, vedoucí k diferenciaci a specializaci, se označují pojmem ontogeneze (vývin jedince samotného). Ontogeneze začíná početím a končí smrtí jedince.

Schopnost vývoje evoluce. Projev postupného vývoje (proměny) organismů v průběhu doby. Pohlavní roznnožování a vlivy prostředí jsou hlavními příčinami nevelkých, postupných změn v genetickém základu organismů, které způsobují změny fenotypových znaků. Pokud dojde k překročení rámce vlastností určitého druhu, může dojít k formování druhu nového.

Schopnost rozmnožování, reprodukce. Všechny organismy mají schopnost se rozmnožovat. Potomci mají vždy základni vlastnosti rodičovských organismů, tedy všechny druhové vlastnosti. Reprodukce vede k zachování druhu.

Dědičnost. Jedná se o proces předávání vlastností z rodičů na potomky. Dědičnost je podmíněna existencí genetické paměti, která je, ve formě molekul nukleových kyselin, pro všechny organismy stejná.

Dráždivost, senzibilita (vnímavost). Organismy mají schopnost přijímat podněty (informace) z prostředí a reagovat na ně tak, aby nedošlo k narušení homeostázy - stálosti vnitřního prostředí. 

Termodynamicky otevřený systém. Organismus si neustále se svým okolím vyměňuje látky, energii a informaci. Z prostředí přijímají především ty látky a druhy energie, které mohou využít.

Pohyb. Jedná se o schopnost organismů měnit svou polohu v prostoru, případně u rostlin měnit polohu jednotlivých orgánů či jeho částí v závislosti na působícím podnětu.

Autoregulace. Pochody uvnitř organismů jsou v závislosti na vnějším prostředí regulovány systémem zpětných vazeb nebo jinými mechanismy.

Entropie, organizace a informace

Entropie - všechny samovolné přírodní procesy jsou provázeny růstem entropie (S). Při něm dochází ke vzniku méně uspořádaného stavu systému, neboť entropie je mírou neuspořádanosti dané soustavy. Vyšší uspořádanosti, tedy obecně nižších hodnot entropie, lze dosáhnout dodávkou energie do systému (organismu). Za normálních okolností jsou živé systémy vysoce uspořádané, mají tedy nízké hodnoty entropie. Proto je nezbytný neustálý přísun energie. Při smrti živého organismu je dodávka energie přerušena, entropie vzrůstá, po smrti se tedy uspořádanost jedince snižuje.

Informace

Všechny živé systémy jsou charakteristické velkým množstvím informace, kterou přijímají ze svého okolí nebo ji utvářejí uvnitř. Tuto informaci dále zpracovávají, ukládají, případně vydávají do okolí. Informace je přenášena pomocí signálů (hmotných nositelů), kterými mohou být světelné paprsky, zvukové vlny, molekuly hormonů (včetně feromonů) či nervový vzruch (impuls). Signály jsou šířeny v přenosovém kanálu - nervovém vlákně, cévě, membráně buněk a vzduchu. Pro přenos musí být signál upraven, tj. kódován. Kódování je převáděním informace z jedné podoby (abecedy) do druhé. Pravidlo podle něhož se tento převod realizuje je tzv. kód. Typickým příkladem může být genetický kód, který zajišťuje převod informace z abecedy pořadí 4 nukleotidů (4 písmena - A, G, C, T) do abecedy pořadí 20 aminokyselin v bílkovinách (20 písmen).
Informace bývá většinou redundantní, tj. nadbytečná. Tím je zároveň chráněna před znehodnocením tzv. šumem a umožněna oprava vzniklých chyb. Informace se mohou ukládat v paměti v mozku a v DNA. Jednotkou informace je 1 bit, tj. množství informace umožňující rozlišení mezi dvěma stejně pravděpodobnými stavy.

Stupně organizovanosti živých soustav

Živé systémy jsou uspořádany hierarchicky, tj. stupňovitě. Jednodušší systém je součástí systému vyššího řádu (na příklad buňky tvoří mnohobuněčné organismy a ty tvoří populace, které spadají do dané biocenózy).

Jaký je živý systém?

  • otevřený;
  • dynamický;
  • adaptivní;
  • autoregulační (sám reaguje na změny podmínek, má zpětnou vazbu);
  • autoreprodukční (sám se rozmnožuje);
  • autoinformační (informací pro své chování obsahuje v DNA).

Podle složitosti se rozlišují tyto stupně organizovanosti živé hmoty:

  • Nebuněčné organismy - viry. Mají vlastní genetickou informaci. Nejsou chopny samostatné existence, protože neobsahují enzymy pro syntézu vlastních bílkovin. Některé znaky života projevují viry jen v hostitelských buňkách, jsou to tedy tzv. intracelulární (nitrobuněční) parazité. Jsou zřejmě výsledkem druhotného zjednodušení buněk, nikoliv však prvním stupněm vývoje života.
  • Jednobuněčné organismy - u těchto organismů obstarává jediná buňka všechny základní funkce. 
Podle složitosti buňky se tyto organismy dělí na:
  1. Prokaryotické - bakterie a sinice. Nemají vyvinuté typické jádro, jeho funkci plní nukleoid - "nepravé jádro" ve formě molekuly DNA. Stavba buňky je jednodušší, chybí většina organel.
    Nejjednodušší jsou rickettsie (na hranici virů a bakterií) a mykoplazmata (jsou asi 1000x menší než bakterie a nemají buněčnou stěnu).
  2. Eukaryotické - prvoci, jednobuněčné houby a jednobuněčné řasy.
    Buňka má charakteristické organely a pravé jádro.
 
virus
Obrázek č. 1 Stavba bakteriofága; legenda k obrázku: Head - hlavička, Neck -krček, Collar - límec, Sheath - pochva s hrotem, Tail fiber - vlákno, Base plate - bazální ploténka, DNA - deoxyribonukleová kyselina.
  • Kolonie buněk - z hlediska evolučního představují důležitý přechod mezi jednobuněčnými a mnohobuněčnými organismy. Typická kolonie buněk vzniká nejčastěji z jedné buňky tak, že po jejím rozdělení spolu dceřiné buňky zůstanou určitým způsobem spojeny. V původním stavu se tyto buňky dále dělí a dávají tak vznik jednoduché kolonii s nerozlišenými buňkami. Tvar kolonií bývá nejčastěji kulovitý nebo vláknitý. Kolonie se může rozrůstat náhodně do všech stran a nemusí být tedy ohraničená. Řada organismů ale tvoří prostorově ohraničené kolonie o předem dané velikosti a s určitým počtem buněk (Eudorina, 32 buněk). Velikost koloniálních organismů může být větší než bývá u "pokročilejších" mnohobuněčných organismů. Typickým příkladem může být kolonie buněk řasy porost locikový, "Ulva lactuca" (mořský salát), jejíž makroskopická stélka může dosahovat velikosti 30 cm.

 

ulva_lactuca

Obrázek č. 2 Porost locikový (Ulva lactuca).
  • Mnoho buněčných kolonií se skládá z identických buněk bez náznaků diferenciace a dělby práce. U jiných kolonií jsou buňky rozlišeny na několik typů. Na příklad u vláknitých sinic se tvoří vedle normálních, fotosynteticky aktivních buněk, i tzv. heterocysty, které umožňují fixovat vzdušný dusík. V rámci kolonie jsou buňky částečně specializované pro výkon určitých funkcí, jsou tedy analogické specializovaným buňkám mnohobuněčných organismů. Každá buňka kolonie ale může existovat i samostatně a dát tak vznik nové kolonii.
Příklady koloniálních organismů: bakterie, sinice, zlativky (Dinobryon), rozsivky (Licmophora), zelené řasy (Pediastrum), plísně (říše Fungi) ad.
rzn_velk_bakterinl_kolonie
Obrázek č. 3 Různě velké kolonie bakteriálních buněk na agarové plotně.
  • Cenobia - představují zvláštní kolonie složené z  konstantního počtu buněk stejného stáří, původně vzniklých z jediné buňky. Konečný počet buněk v cenobiích bývá 2n (4, 8, 16, 32, 64 atd.), nejsložitější cenobia rodu váleč (Volvox) mohou mít až 50 000 buněk. Nejznámějším příkladem cenobiálních organismů je váleč koulivý (Volvox) patřící mezi Zelenivky (Zelené řasy). V cenobiu jsou buňky spojeny mezibuněčnou hmotou. Cenobia mohou tvořit, kromě váleče, také některé další řasy, např. rody řetízovka (Scenedesmus) nebo  Pediastrum.
etzovka pediastrum
Obrázek č. 4a Řetízovka (Scenedesmus) - vlevo a obrázek č. 4b Pediastrum - vpravo.
  • Mnohobuněčné organismy - jsou složeny z velkého počtu buněk (od několika tisíc u láčkovců, až po desítky biliónů, např. u člověka. Buňky jsou již specializované (diferencované) tvarově i funkčně. Specializace buněk spočívá v přizpůsobení buněk k určité funkci po stránce morfologické, metabolické a funkční. Např. buňky nervové jsou specializovány pro přenos vzruchů, buňky svalové pro přeměnu chemické energie v kinetickou, buňky žlázové pro produkci sekretů, buňky pohlavní pro rozmnožování, atd. Hierarchické uspořádání mnohobuněčného organismu - viz výše. Mezi mnohobuněčnými jsou značné rozdíly v počtu buněk a stupni jejich diferenciace: mezi nejjednodušší mnohobuněčné organismy patří např. Houby (Fungi i Porifera), naopak nejsložitějšími z nich jsou např. hlavonožci, členovci a obratlovci.

 Existovat mohou také kolonie mnohobuněčných organismů, typické např. pro korály (Žahavci) a sumky (Pláštěnci).

Unitární a modulární organismy

Unitární organismy - vzhled a stavba jsou předem určeny a jednotlivé tělní části se vzájemně nedokážou nahradit (člověk, moucha, pes, ad.). 

Modulární organismy - mají neukončený růst, většinou je jejich utváření hodně závislé na vnějších podmínkách. Ztrátu jednotlivých tělních částí lze nahradit během růstu na jiných místech těla. Tím, že jsou značně plastické, dokážou se plně a rychle adaptovat na změny vnějších podmínek. Nejčastěji jsou přisedlé (rostliny nebo koráli), vzácněji jsou schopny pasivně se pohybovat (trubýši, "portugalská galéra").

  • Obligátní společenstva (syn. individua vyššího řádu) - mají nejsložitější strukturální organizaci, sám mnohobuněčný organismus se stává specializovanou částí vyššího celku. Jedinci s v něm, pod vlivem feromonů trvale specializovali tvarově i funkčně, takže již nejsou schopni samostatné existence. Obligátní, tj. nutný, společenstvo nelze zaměňovat se společenstvy jedinců téhož druhu, např. ve smečce či stádu, kde je dočasná funkční specializace jedinců. Také lidské společenstvo není společenstvem obligátním. K obligtním spoleenstvům patří trubýši, včely, mravenci a všekazi.

Otázky k přemýšlení:

1. K jaké životní funkci jsou specializovány buňky kostní tkáně?

2. Které orgány zajišťují základní životní funkce u kapradiny, lípy, chrousta, kočky a člověka?

3. Které základní funkce zajišťují královny, trubci a dělnice ve včelím společenstvu?

4. Je vlčí smečka individuum vyššího řádu?

5. Srovnejte způsob pohybu bičíkovců, nálevníků a kořenonožců.



 

 

 





 

Navigace: 4. ročník Buněčná biologie