Kiadó Műszaki MINTA 2012 NAT

űs za M N IN ki K AT T i a 20 A dó 12

M


M


M

Biológia-0-001-006_Layout 1 2014.01.20. 13:14 Page 3

TA R TA L O M J E G Y Z É K

|

3

AZ ÉLŐ RENDSZEREK 8 Bevezetés a biológiába . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 A biológia területei és kutatási módszerei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Vírusok, szubvirális rendszerek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Az ember vírusbetegségei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Az élővilág áttekintése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Az élő anyag szerveződési szintjei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22


26 A PROK ARIÓTÁK A legősibb sejtes élőlények . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 A baktériumok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Az egészségünket károsító baktériumok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Védekezés a kórokozók ellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 AZ EGYSE JTŰ EUK ARIÓTÁK 42 Az egysejtű eukarióták I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Az egysejtű eukarióták II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Gyakorlati óra – A mikroszkóp felépítése és használata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 SOKSE JTŰ EUK ARIÓTÁK – A GOMBÁK 50 A soksejtű eukarióta szervezetek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 A kalapos gombák és a zuzmók . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 A gombák gyakorlati jelentősége . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

M

60 AZ ÁLLATOK ORSZÁGA Az állati sejt felépítése I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Az állati sejt felépítése II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Az állati szövetek I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Az állati szövetek II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Gyakorlati óra – állati szövetek vizsgálata mikroszkóppal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Az állatok testszerveződése és életfolyamatai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Az állatok életfolyamatainak áttekintése I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Az állatok életfolyamatainak áttekintése II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 A szivacsok és a csalánozók . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Az ősszájú állatok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Az ízeltlábúak I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Az ízeltlábúak II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 A puhatestűek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Az újszájú állatok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 A gerincesek életfolyamatai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 A halak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 A kétéltűek osztálya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 A hüllők osztálya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118


4

|

TA R TA L O M J E G Y Z É K

A madarak osztálya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Az emlősök osztálya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 Gyakorlati óra – az állatok életműködéseinek vizsgálata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 AZ ÁLLATOK VISELKEDÉSE 132 Bevezetés az etológiába I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 Bevezetés az etológiába II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Komplex viselkedésformák I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 Komplex viselkedésformák II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 Komplex viselkedésformák III. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Az emberi viselkedés alapjai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

M


A NÖVÉNYEK ORSZÁGA 152 A növényi sejt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 Gyakorlati óra – A növényi sejt vizsgálata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 A növényvilág kialakulása és fejlődése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 Szárazföldi növények kialakulása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 A növények szövetei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 A növények szervei I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 A növények szervei II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 Gyakorlati óra – A hajtás szöveti felépítése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 A harasztok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 A virág kialakulása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 A mag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 A nyitvatermők . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 A termés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 A zárvatermők . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 Gyakorlati óra – Növényhatározás: ismerkedés a zárvatermőkkel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 Gyakorlati óra – A növények életműködései . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 A növények vízháztartása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 A növények táplálkozása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 A növények anyagszállítása, légzése, és kiválasztása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 A növények szaporodása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 A növények egyedfejlődése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 A növények ingerlékenysége . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 A növényi növekedés és fejlődés szabályozása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201


BEVEZE TŐ

|

5

Az élet, az élőlények tanulmányozása a legizgalmasabb élmények egyike. A biológia – amely vitathatatlanul napjaink legdinamikusabban fejlődő tudománya – ezzel foglalkozik. A biológia rólunk, a minket körülvevő és számunkra életfeltételeket biztosító világról szól, életünk része, hiszen életünk minden pillanatában akarva-akaratlanul is biológiai problémákkal találjuk magunkat szembe. Ez a biológia-tankönyvcsalád a biológia – vagy ha úgy tetszik, az élet – jobb megismeréséhez nyújt segítséget. Olyan ismereteket tartalmaz, amelyekre minden művelt, a természetet féltő és óvó, saját testét-szellemét egészségben megőrizni kívánó embernek szüksége van.

M


A könyv elsősorban a tantárgyat heti két órában tanuló diákok számára készült. A tananyag felépítése a hagyományos alapokra épül és követi a kerettanterv ajánlásait. Az első kötetben (a 10. évfolyamon) megismerjük az élővilág megjelenési formáit, a vírusokat, a baktériumokat, a gombákat, az állat- és a növényvilágot. Vizsgálódásunk menete tükrözi az evolúciós szemléletet: a szervek kialakulása, felépítése és működése szerves egységet képez. A második kötetben (a 11. évfolyamon) egységes egészként vizsgáljuk tovább az élővilágot, és megismerhetjük az életműködések biokémiai, valamint genetikai alapjait. Végül a harmadik kötetben (a 12. évfolyamon) az emberi szervezet felépítésének és működésének megismerése, az ember testi és lelki egészsége közötti kapcsolat megértése, a biológiai evolúció alapjainak elsajátítása, és a rendszerszemlélet kialakítása válik hangsúlyossá. A szerzők

M





7–23

AZ ÉLŐ RENDSZEREK Bevezetés a biológiába Az életjelenségek

Az életkritériumok

M

A biológia területei és kutatási módszerei A biológia területei

A biológiai kutatások módszerei

Vírusok, szubvirális rendszerek A vírusfertőzés folyamata A vírusok csoportosítása

Az ember vírusbetegségei Vírusfertőzések és terjedésük Védekezés a kórokozók ellen – oltások

Az élővilág áttekintése A faj fogalma A tudományos rendszerek

Az élő anyag szerveződési szintjei Az egyed alatti szerveződési szintek Az egyed feletti szerveződési szintek


8

|

AZ ÉLŐ RENDSZEREK 1. B E V E Z E T É S A B I O LÓ G I Á B A

1.1.1 Életjelenségek:

A biológia az élőlényekkel foglalkozó tudomány. Az elnevezés a görög biosz (élet) és a logosz (tudomány) szavak összevonásával keletkezett. A biológia vizsgálja az élet kialakulását, fejlődésének történetét, a korábban élt, de napjainkra már kihalt, valamint a mai élőlények felépítését és szervezetük működését. Kutatja élőhelyüket, elterjedésük okait és nemzedékről nemzedékre való fennmaradásuk magyarázatát.

A z életjelenségek


Az élőlényeket az élettelen anyagoktól az életjelenségek különböztetik meg. Az életjelenségeket (1.1.1 kép) önfenntartó vagy vegetatív, valamint a szaporodást biztosító vagy generatív életjelenségek csoportjaira osztjuk (1.1.2 táblázat).

M

táplálkozás

mozgás

Az önfenntartó életjelenségek egyike az anyagcsere. Ez azt jelenti, hogy az élőlények a környezetükből különböző anyagokat vesznek fel, és oda különböző anyagokat adnak le, miközben a testüket felépítő vegyületek folyamatosan megújulnak. Azaz táplálkoznak, lélegeznek, valamint feleslegessé váló anyagcseretermékeiket kiválasztják és leadják. Egy másik életjelenség a hely- és helyzetváltoztatás képessége, a mozgás. Az élőlényekre az ingerlékenység is jellemző, ugyanis ha a környezetük megváltozik, arra valamilyen formában reagálnak. Például a környezet lehűlésére az ember hőtermeléssel járó izomműködéssel, didergéssel reagál, vagy ha sok zsíros étel kerül a patkóbélbe, fokozott mennyiségben ürül a májból az emésztéséhez nélkülözhetetlen epe. Ezt a képességet az élőlények nagyfokú belső szervezettsége biztosítja, amely lehetővé teszi, hogy a külső körülmények változásai ellenére viszonylag állandó belső körülményeket tudjanak biztosítani önmaguk számára. A vegetatív működések következtében az élőlények növekednek és fejlődnek. A növekedés mennyiségi változás: nő a testtömegük, a térfogatuk. A fejlődés minőségi változásokkal jár, lényege a differenciálódás, amelynek során az élőlényben új felépítésű és működésű részletek alakulnak ki. Egy-egy élőlény élete ugyan véges, ennek ellenére az élőlények nem pusztulnak ki, mert szaporodni képesek. A szaporodás során önmagukhoz hasonló utódokat hoznak létre, és ez biztosítja az élet folytonosságát.

szaporodás

Valójában a felsorolt életjelenségek nem csak az élő anyagot jellemzik. Például egy pohár víz a környezetébe anyagot ad le (párolog), és anyagot vesz fel belőle, mert oldódik benne a levegő oxigéntartalma. Egy telített sóoldatból kiváló kristály idővel egyre nagyobb lesz, vagyis növekszik, sőt még a szaporodáshoz hasonló jelenséget is képesek mutatni egyes élettelen rendszerek. Például ha egy higanycsepphez cseppentővel kis menynyiségekben még higanyt adagolunk, két kisebb cseppé válik szét.


BE VEZE TÉS A BIOLÓGIÁBA

ÉLETJELENSÉGEK Vegetatív

Generatív

|

9

1.1.2 Az életjelenségek csopor tosítása Keress különbségeket a növényi és az állati életjelenségek között!

anyagcsere mozgás ingerlékenység

szaporodás

növekedés fejlődés

Ugyanakkor a felsorolt életjelenségek nem mindegyike jellemző valamenynyi élőlényre. Például a fejlett növények vagy a gombák egyik faja sem képes helyváltoztatásra.


A felsorolt példák ellenére általában nem jelent nehézséget az élő anyagnak az élettelenektől való elkülönítése, de belátható, hogy az „életjelenségek” meghatározása – ha következetesek vagyunk – nem elég meggyőző.

A z életk ritériumok

Korszerű megközelítésben az élethez az életkritériumok egységes megléte szükséges. Az életkritériumokat úgy választották meg, hogy azoknak minden élő megfeleljen, de csak az élők feleljenek meg, és valamennyi élőlény az öszszes életkritériumnak megfeleljen.

M

Eszerint az élőlénynek rendelkeznie kell egy olyan életprogrammal, örökítőanyaggal, amely a felépítésére és a működésére vonatkozó utasításokat tárolja. Rendelkeznie kell egy olyan rendszerrel is, amely az ebben rejlő adatokat értelmezi és meg is tudja valósítani, valamint gondoskodik az utasítások megőrzéséről, sokszorosításáról és átadásáról az utódokba. Az élet kritériuma az anyagcsere olyan formája, amely során az élőlény fedezni tudja saját anyag- és energiaszükségletét. Az anyagcserefolyamatok összekapcsolódó láncszemei belső állandóságot biztosítanak az élőlény számára, sőt képessé teszik arra, hogy ezt az állandóságát meg tudja őrizni, azaz ingerlékeny legyen. Az egyedi élet megvalósulása és a szaporodás még nem lenne elegendő az élővilág sokszínű kibontakozásához. Ehhez az szükséges, hogy az örökítőanyag változásai hozzanak létre egy olyan sokféleséget, amely lehetővé teszi, hogy az újabb változatok közül mindig azok szaporodjanak el, amelyek legjobban alkalmazkodnak a környezet feltételeihez, azaz az élő anyag evolúcióképes legyen (1.1.3 kép).

KÉRDÉSEK ÉS FELADATOK 1. Mi a különbség az életjelenségek és az életkritériumok között? 2. Igazold néhány példával, hogy miért nem elégséges csupán az életjelenségekkel meghatároznunk az élet fogalmát! 3. Sorold fel az életkritériumokat!

1.1.3 Az élővilág sokszínűsége Figyeld meg a képeket! Próbáld meg segítségükkel bemutatni az élővilág sokszínűségét biztosító feltételeket!

TUDOD-E? Az élet első definícióját Claude Bernard (1813–1878) francia tudós adta meg, aki úgy fogalmazott, hogy az élet „a minden élőlényben közös jelenségek összessége".


VÍRUSOK, SZUBVIRÁLIS RENDSZEREK

|

13

3. V Í R U S O K , S Z U B V I R Á L I S R E N D S Z E R E K A Földön ismert élőlények többsége sejtes felépítésű (kivételt képeznek a fonalas szerkezetű gombák). Lehetnek egysejtűek vagy többsejtűek. Vannak olyan anyagi rendszerek is, melyek felépítésében a sejtek legalapvetőbb építő molekulái: nukleinsavak és fehérjék vesznek részt, anélkül, hogy sejtet alkotnának, s önmagukban nem is mutatnak életjelenségeket. Méretük is jóval kisebb, mint a sejteké. Élőlényekkel találkozva mintegy „megelevenednek”, élősködnek, kárt okoznak, és eközben még meg is sokszorozódnak. Ilyen anyagi rendszerek a vírusok és a szubvirális rendszerek (viroidok, prionok). A vírusok általában 20 nm és 200 nm közötti, csak elektronmikroszkóppal látható anyagi rendszerek. Általánosságban külső fehérjeburokból és az abban elhelyezkedő örökítőanyagból épülnek fel. A külső fehérjeburok alakja és szerkezete igen változatos lehet (1.3.1 ábra).


A vírusokat kórokozó hatásuk révén fedezte fel Dimitrij Ivanovszkij (1864–1920) orosz biológus. A dohány mozaikbetegségét vizsgálva megállapította, hogy a beteg növények kipréselt nedvében a baktériumoknál is kisebb kórokozó található. Kísérleteiben a beteg növények nedvét olyan szűrőn bocsátotta át, amely a baktériumokat visszatartotta, az átszűrt nedv mégis megbetegítette az egészséges növényeket. Ezt az addig ismeretlen kórokozót nevezték el vírusnak (vírus = méreg). A vírusok szerkezetének megfigyelésére csak a 20. század derekától – az elektronörökítőanyag mikroszkóp felfedezését követően – nyílt lehetőség. A vírusok nagyon speciális, az élő és az élettelen világ határán „egyensúlyozó” anyagrendszerek. Az ásványi anyagokhoz hasonlóan kristályos állapotúak is lehetnek. Ha az önálló mozgásra képtelen nyugvó vírus (az ún. virion) egy számára kedvező környezetet biztosító sejt felületére kerül, átalakul vegetatív vírussá, és bekövetkezik a vírusfertőzés.

1.3.1 Dohány-mozaikvírus szerkezete

M

A vírusfer tőzés folyamata

fehérjeburok

A fertőzés első lépéseként a vírus fehérjeburka megtapad a gazdasejt felületén, örökítőanyaga pedig behatol a sejtbe. Ezután drámai változás következik be. A vírus örökítőanyaga „átprogramozza” a sejtet. Arra kényszeríti, hogy saját genetikai programja helyett a vírusét kövesse: sokszorozza meg a vírus örökítőanyagát, és termelje nagy számban a vírusfehérjéket. Ezekből azután sok új virion képződik, melyek a gazdasejtből kiszabadulnak, és a fertőzés robbanásszerűen továbbterjedhet (1.3.2 ábra). Számos olyan vírust ismerünk, melyek hatására a gazdasejt belepusztul az idegen érdekek szolgálatába. 1.3.2 A vírusfer tőzés folyamata

1. A vírus megtapad a baktérium felületén

5. Kiszabadulnak a továbbfertőzésre kész virionok

2. A vírus örökítőanyaga bejut a baktériumsejtbe 4. A baktériumsejtben elkészülnek a vírus burkát adó fehérjék

3. Az átprogramozott baktériumsejt megsokszorozza a vírus örökítőanyagát


14

|

VÍRUSOK, SZUBVIRÁLIS RENDSZEREK helikális típus

adenovírus

binális típus

bakteriofág

influenzavírus


dohány-mozaikvírus

kubikális típus

1.3.3 Vírustípusok Számítógépes grafika (felül) és színezett, elektronmikroszkópos felvétel (alul)

A vírusok csopor tosítása

M

1.3.4 Bakteriofágok támadnak baktériumokat

A vírusokat több szempont alapján csoportosítjuk (1.3.3 kép). Alakjuk, szerkezetük szerint három fő típusba soroljuk őket. A helikális vírus hoszszúkás alakú, fehérjemolekulái spirálvonalban elrendeződve cső alakú burokba rejtik az örökítőanyagot. A kubikális vírus gömbszerű, valójában egyenlő oldalú háromszögekkel határolt alakzat. A binális vírus feji része kubikális, farokrésze helikális szerkezetű. Az örökítőanyag alapján vannak DNS-tartalmú és RNS-tartalmú vírusok (mint az ún. retrovírusok), de az adott vírusban mindig csak az egyik fordul elő.

A gazdasejt szerint „baktériumfaló” bakteriofágokat, növényi, állati és emberi vírusokat különböztetünk meg. Az állati vírusok egy része az embert is megfertőzi. Vegyünk egy példát a csoportosítás összefüggéseire. A bakteriofágok – vagy röviden fágok – binális vírusok, örökítőanyaguk kevés kivételtől eltekintve DNS, és kizárólag prokarióta sejteket fertőznek meg (1.3.4 kép).

mikroszkópos felvétel számítógépes grafika

Tudománytörténeti szempontból nagy jelentőségűek a bakteriofágok. A 20. század közepén a T2 fággal végzett kísérletek alapján sikerült először bebizonyítani, hogy a tulajdonságokért felelős genetikai információ hordozója a DNS. A molekuláris biológia és genetika számos egyéb, alapvető felfedezése született a bakteriofágok vizsgálatából. A fágkutatás eredményeként baktérium okozta betegségek gyógyítására is van lehetőség megfelelő bakteriofággal. A laboratóriumi vizsgálatok során a fágokat egyes kórokozó baktériumok azonosítására is fel tudják használni. A természetben a baktériumokkal együtt mindenhol előfordulnak, és valószínűleg a baktériumok szaporodásának egyensúlyát meghatározó tényezők.


VÍRUSOK, SZUBVIRÁLIS RENDSZEREK

|

15

A növényi vírusok közül már szó volt – D. Ivanovszkij vizsgálataival kapcsolatosan – a dohány mozaikbetegségét előidéző vírusról. Vírus okozza a csonthéjasok levelén és gyümölcsén a gyűrűfoltosságot és sok más fertőző növénybetegséget. A kórokozók gyakran sérülés, rovarszívás helyén jutnak be a növénybe. A növénytermesztés biztonságához ellenőrzött, vírusmentes szaporítóanyaggal lehet hozzájárulni. Az állati vírusbetegségek közül súlyos járványt okoz a szarvasmarhák száj- és körömfájása, a rókák és kutyák körében pusztító veszettség, amely az emberre is halálos veszélyt jelent. Edward Jenner (1749–1823) a szarvasmarhahimlő és az emberi (fekete) himlő tanulmányozása során elsőként dolgozta ki a védőoltás módszerét (1.3.5 kép). Sikeres munkásságának köszönhetjük a rettegett himlő megfékezését. Az ember vírusbetegségeivel, a megelőzés és a gyógyítás lehetőségeivel következő témánkban foglalkozunk.


A vírusokat nem tekinthetjük a legősibb élőlényeknek, hiszen létezésükhöz élő sejtekre van szükség. A ma leginkább elfogadott feltevés szerint már meglévő sejtekből kivált anyagi rendszerek, melyek önmagukban nem mutatnak életjelenségeket, de egy gazdasejttel képesek magukat szaporíttatni. A viroidok még a vírusoknál is kisebb kórokozók, önmagába visszatérő, cirkuláris RNS-molekulából állnak. A ma ismert viroidok növényekben idéznek elő megbetegedést. A megfertőzött sejt sok másolatot készít a viroid RNS-ről. Ezek új sejteket, illetve növényt fertőzhetnek meg. A megbetegedést úgy okozzák, hogy a növényi sejt valamelyik, saját információt továbbító RNS-molekulájához tudnak kötődni, és ezzel a sejt anyagcseréjében zavart idéznek elő. Így alakul ki például a burgonyagumó egyik kóros elváltozása.

1.3.5 Edward Jenner (1796. 5. 14.) angol sebész, a himlőoltás feltalálója

M

A prionok kórokozó fehérjék. Először a 20. század közepén egy idegrendszeri betegség terjedésének vizsgálata vezetett arra a következtetésre, hogy örökítőanyag nélküli kórokozó is létezik. Daniel Carleton Gajdusek (1923– 2008) találkozott a Pápua Új-Guineán élt fore népcsoporttal (1.3.6 kép), akiknek tagjai akkor még nem hagytak fel a kannibalizmussal. Elfogyasztották többek között az elhunytak agyát is, és néhány év alatt kifejlődött bennük a „kuru” betegség. Az agykivonat vizsgálata során kiderült, hogy a kórokozó olyan fehérje, melynek csak a finomszerkezete tér el a szervezetben egyébként is előforduló normális fehérje szerkezetétől, viszont emiatt fizikai és kémiai tulajdonságai részben mások. Ez a rendellenes fehérje súlyos betegséget idéz elő. A szarvasmarha szivacsos agysorvadását, illetve embernél a Creutzfeld–Jacob kórt prion okozza és terjeszti.

KÉRDÉSEK ÉS FELADATOK 1. Milyen anyagokból épülnek fel a vírusok? 2. Hogyan csoportosítjuk a vírusokat? 3. Nézz utána, milyen típusba tartoznak az influenzavírusok! 4. Mi a különbség a vírusok és a prionok között?

1.3.6 Pápua Új-Guineán kezdett kutatásokat D. C. Gajdusek (1923–2008). Eredményeit 1976ban Nobel-díjjal ismerték el.


M



25–39

A P R O K A R I Ó TÁ K A legősibb sejtes élőlények A prokarióták felfedezése A prokarióták életmódja

M

Ősbaktériumok

A baktériumok Felépítésük

Életmódjuk

A baktériumok jelentősége a Föld anyagforgalmában

Az egészségünket károsító baktériumok Az ember bakteriális eredetű betegségei Kötelező és ajánlott védőoltások

Védekezés a kórokozók ellen Oltások Gyógyszeres kezelések Higiénia és hőkezelés Konzerválás és sterilizálás


26

|

A P R O K A R I Ó TÁ K 1. A L E G Ő S I B B S E J T E S É LŐ L É N Y E K A kövületek azt bizonyítják, hogy a sejtmag nélküli egysejtűek Földünk őstörténetében már több mint 3,5 milliárd évvel ezelőtt megjelentek. Úgy tudjuk, sokáig kizárólag prokarióták alkották az élővilágot. Közéjük soroljuk az ősbaktériumokat és a baktériumokat.

A prok arióták felfedezése


A prokarióták a Föld legegyszerűbb és egyben legrégebben kialakult sejtes élőlényei. Felfedezésük a nagyítók tökéletesítésével és a mikroszkóp feltalálásával kapcsolatos. A holland Antoni van Leeuwenhoek (1632–1723) az újdonságok iránt érdeklődő posztókereskedő volt. Kiválóan csiszolt nagyítóival rengeteg apró, addig ismeretlen élőt és élettelent vizsgált meg. Tapasztalatairól rajzok is készültek, melyek között mai szemmel baktériumokat is fel lehet ismerni. Robert Hooke (1635–1703) már tudományos igénynyel, pontos rajzokon rögzítette mikroszkópos megfigyeléseit (2.1.1 kép).

2.1.1 Rober t Hooke mikroszkópja

M

A prokariótákkal kapcsolatban számos nagy felfedezés a 19. század orvosainak, biológusainak munkásságához fűződik. Louis Pasteur (1822–1895), Robert Koch (1843–1910) és kortársaik alapvető felismerésekkel járultak hozzá a baktériumok jobb megismeréséhez. Pasteur felfedezte többek között a lépfene és a vírus okozta veszettség elleni védőoltást, valamint megállapította, hogy a baktériumok magas hőmérsékleten elpusztulnak (pasztörizálás). Koch szerteágazó kutatásai során megtalálta a tuberkulózis (tüdőbaj) és a kolera kórokozóját is. Kutatásaik közben számos, mindmáig alkalmazott egészségügyi, környezetbiológiai eljárást, szabályt dolgoztak ki (2.1.2 kép). 2.1.2 A prokarióták felfedezői

Antoni van Leeuwenhoek (1623–1723) A műkedvelő természetbúvár

Louis Pasteur (1822–1895) A mikrobiológia, immunológia és a járványtan „atyja”

Robert Koch (1843–1910) A modern bakteriológia megalapozója


A LEGŐSIBB SE JTES ÉLŐLÉNYEK

|

27

A prok arióták életmódja A földi élet egységes eredetét is jelzi, hogy az élőlények életmódjának alapvető típusai már az evolúció hajnalán, a prokariótáknál kialakultak, és mindmáig megmaradtak. Tekintsük át röviden ezeket az anyagcseretípusokat (2.1.3 táblázat). Az autotróf anyagcseréjű élőlények egyszerű, kis energiatartalmú szervetlen vegyületekből (szén-dioxid, víz, ammónia, kénhidrogén) maguk állítják elő az élet fenntartásához szükséges nagy energiatartalmú szerves vegyületeket (szénhidrátokat, fehérjéket, zsírokat, nukleinsavakat). Ehhez energiaforrásként vagy a napfényt hasznosítják: fotoautotrófok, vagy valamely egyszerű vegyület oxidálásából merítenek energiát: kemoautotrófok. Utóbbi az élővilágban csak a prokarióták körében fordul elő.


A heterotróf anyagcseréjű élőlények energiadús szerves vegyületekre vannak utalva, melyeket környezetükből vesznek fel. Ennek legegyszerűbb formája egy másik élőlény elfogyasztása (pl. növényevők, ragadozók). A paraziták (élősködők) más élőlényektől vonnak el tápanyagokat, rajtuk, illetve bennük élnek és szaporodnak, miközben a gazdaszervezetet általában megbetegítik, esetleg a pusztulását okozzák. A szaprotróf (korhadéklakó) élőlények az elhaltak anyagait fogyasztják. A szimbionták (együttélők) kölcsönösen biztosítanak egymásnak kedvező életfeltételeket, illetve tápanyagot. A szimbiózisnak a laza együttéléstől a teljes egymásra utaltságig sokféle fokozata fordul elő.

2.1.3 Anyagcseretípusok

ANYAGCSERETÍPUSOK

Kiindulási anyagok

M

Szervetlen vegyületek

Az átalakítás energiaforrása

Anyagcseretípusok elnevezése

Szerves vegyületek

Napfény

Oxidatív folyamatok

Fotoautotrófok

Kemoautotrófok

Oxidatív folyamatok

Fogyasztók Szaprotrófok

Paraziták

Szimbionták

Anyagcseretermék

Szerves vegyületek

Ősbaktériumok Ahogy bővülnek és mélyülnek természettudományos ismereteink, az élőlények rendszerezése új szempontok szerint változik. A ma legelfogadottabb felosztás szerint a prokarióták körében indokolt az ősbaktériumok (2.1.4 kép) és a baktériumok (2.1.5 kép) elkülönítése. Sok biokémiai különbséget találtak a két csoport között mind a sejtalkotók molekuláris felépítésében, mind az anyagcsere alapvető kémiai folyamataiban. Ugyanakkor a sejtes szerveződés azonos szintjén állnak: egysejtűek, nincs sejtmagjuk, prokarióták. Az újabb vizsgálatok szerint az ősbaktériumok nem ősibbek a valódi baktériumoknál, csak arról van szó, hogy a két csoport fejlődése már régen elvált egymástól.

2.1.4 Hőforráskedvelő ősbaktériumok


28

|



Az ősbaktériumok olyan szélsőséges életkörülmények között élnek, ahol más élőlény nemigen fordul elő. Az óceán mélyéről feltörő hőforrásokban, a 100 °C-nál is forróbb vizű gejzírekben, rendkívül sós vizekben és szélsőségesen hideg környezetben egyaránt megélnek, szaporodnak. Később kiderült, hogy szinte mindenütt előfordulnak. Érdemes megemlíteni a metántermelő ősbaktériumokat, melyek többek között a kérődző állatok és a termeszek bélrendszerében élnek, szerves vegyületekből metánt szabadítanak fel. A levegőbe kerülő metán jelentősen hozzájárul az üvegházhatáshoz, a szén-dioxidnál 23-szor jelentősebb hővisszatartásával. További kutatásokra van szükség annak megállapítására, hogy 2.1.5 Fer tőző Salmonella baktériumok az ősbaktériumok hatalmas tömegei milyen mértékben vesznek részt bolygónk anyagainak körforgalmában. Ugyanígy pontosításra vár az a feltevés, mely szerint az eukarióta sejt baktérium és valamely ősbaktérium egybeolvadása útján keletkezett. Az bizonyos, hogy a mitokondrium és a kloroplasztisz (zöld színtest) is prokarióta típusú saját örökítőanyagot tartalmaz.

A baktériumok jelentősége a Föld anyagforgalmában

g

2

M

N2, nitrogé nm e

A fotoautotróf baktériumok, főleg a kékbaktériumok nemcsak az eukarióták megjelenése előtt, hanem ma is jelentős mennyiségű oxigént juttatnak a vizekbe és a levegőbe, miközben ezzel egyenértékű szén-dioxidot kötnek meg. Mivel parányiak, egységnyi tömegre számítva óriási fajlagos felületen érintkeznek a vízzel. Emiatt anyagcseréjük gyorsan és erőteljesen hat környezetükre. Helyi túlszaporodásuk felboríthatja a vizek anyagegyensúlyát. Éjszakai oxigénfogyasztásukkal a többi vízi élőlény számára végzes tes oxigénhiányt idézhetnek elő. é t kö levegőben lévő N

állatok

denitrifikáló baktériumok

nitrogénmegkötő szervezetek növények lebontó szervezetek

nitrogénvegyületek a talajban NH+4 , NO–3 , NO–2 2.1.6 A nitrogén körforgása

Az aerob és anaerob szaprotróf baktériumok – más élőlényekkel együtt – lebontó folyamataik révén eltakarítják az elpusztult élőlények szerves anyagait. Eközben CO2 (szén-dioxid), H2O (víz), NH3 (ammónia), CH4 (metán), H2S (kén-hidrogén) és más egyszerű vegyületek szabadulnak fel. A növényi fotoszintézis révén jelentős részük visszakerül az anyagok globális körforgalmába. A metán üvegházhatású anyag, a levegőből csak lassan tűnik el. A kénhidrogén erősen mérgező gáz, főleg a vízfenék és általában a vizek élővilágát veszélyezteti. A kemoautotróf nitrifikáló baktériumok a mérgező és illékony ammóniát nitritionná, illetve nitrátionná oxidálják, melyek vízben oldódva a talajban maradnak, s a növényzet ezeket kiválóan fel tudja használni. Túl sok ammónia, nitrit-, illetve nitrátion a



|

talajvíz és a kutak vizének szennyezését okozza. Az ivóvízben ammónia és nitrition nem lehet, nitrátion is csak nagyon alacsony koncentrációban engedhető meg. A denitrifikáló baktériumok levegőtlen talajban szaporodnak el. A nitritiont és a nitrátiont elemi nitrogéngázzá redukálják, és ez a nitrogén visszakerül a levegőbe. A növényzet és a mezőgazdaság számára ez nagy veszteség, hiszen a növény így egyik legfontosabb, vízben oldódó tápanyagát veszíti el. A földi légkör magas nitrogéntartalma hosszú ideje egyensúlyban van. Ezt az egyensúlyt a nitrogén-körforgalomban (2.1.6 ábra) résztvevő baktériumok tevékenysége és az eukarióta élővilág táplálkozási kapcsolatrendszere együttesen alakította ki.

KÉRDÉSEK ÉS FELADATOK 1. Mi a fő különbség az autotróf és a heterotróf anyagcsere között?


2. Milyen parazita növényt vagy állatot ismersz?

3. Miben különbözik a parazita a szimbiontától?

4. Nézz utána: honnan és hogyan kerülhet metán a levegőbe? 5. Mitől kellemetlen szagú a záptojás?

6. Miben különböznek egymástól a nitrifikáló és a denitrifikáló baktériumok? 7. Mi a mocsárgáz? Miből és hogyan keletkezik?

M

8. Mondhatjuk-e, hogy a N-körforgásban a denitrifikáló baktériumok szerepe éppen ellentétes a nitrifikáló baktériumok szerepével? Miért?

29


M



41–48

A Z E G Y S E J T Ű E U K A R I Ó TÁ K Az egysejtű eukarióták I. Eredetük

Rendszerük

M

Az egysejtű eukarióták II.

Gyakorlati óra – A mikroszkóp felépítése és használata A mikroszkóp felépítése

Egysejtűek mozgásformáinak megfigyelése fénymikroszkópban A csillós mozgás megfigyelése


42

|

A Z E G Y S E J T Ű E U K A R I Ó TÁ K

ősi k pro k

ótá ari

ősi prokarióták

1. A Z E G YS E J T Ű E U K A R I ÓTÁ K I .

bekebelezés

ősi

pro

kar

iótá

k

Az első eukarióta élőlények egysejtűek voltak. Ma is élő képviselőik közös jellemzője, hogy testük egyetlen sejtből áll, és már kialakult benne a sejtmaghártyával határolt, főleg dezoxi-ribonukleinsavból (DNS) álló sejtmagjuk, benne az elsősorban ribonukleinsavat (RNS) tartalmazó sejtmagvacskával. A sejt alapállományában már számos eltérő működésű sejtszervecske és belső membránrendszerek is megfigyelhetők.


A genetikai vizsgálatokra épülő törzsfejlődéstan legújabb eredményei alapján az egysejtűek nem alkotnak közös rendszertani egységet, származástanilag heterogén csoport. A legújabb rendszerekben az egysejtű eukarióta szervezetek számos törzset alkotnak: galléros ostorosok, spórások, csillós egysejtűek stb. Az egysejtűek, vagy Protozoa, ezért csak gyűjtőnév, nem rendszertani kategória, és az egysejtű, heterotróf táplálkozású eukariótákra használjuk.

Eredetük

M

Az egysejtű eukarióták mai ismereteink szerint mintegy másfél milliárd évvel ezelőtt jelentek meg a Földön. Fajgazdagságuk nagy, 40000-nél is több fajt ismerünk. Eredetüket tekintve általánosan elfogadott az úgynevezett endoszimbionta elmélet (3.1.1 kép). (Az elnevezés görög eredetű szavakból származik, az „endo” belsőt, a „szimbionta” együttélőt jelent.) Eszerint a különböző anyagcseréjű és alakú prokarióták sajátos „egyesüheterotróf eukarióta autotróf eukarióta léséből”, szimbiotikus kapcsolatából jöttek létre az első eukarióta sejtek. 3.1.1 Endoszimbiózis – az Egyes ősi heterotróf prokarióták ugyanis táplálkozásuk során felvettek eukarióta sejtek kialakulásának más, különböző anyagcseréjű ősi prokariótákat, azonban nem emésztetelmélete ték meg őket, hanem a továbbiakban együtt éltek velük. A felvett ősi heterotróf prokarióták idővel az eukarióta sejtek anyagcseréjének lebontó folyamataiban fontos szerepet játszó mitokondriumokká alakultak, az autotróf prokarióták pedig a gazdasejtben zöld színtestekké fejlődtek. A felvett fonál alakú ősi prokariótákból származtatják a mai egysejtű eukarióták ostorait és csillóit. Az elmélet bizonyítéka, hogy ezek a sejtalkotók prokarióta méretűek, és saját, a baktériumokhoz hasonló örökítőanyaguk van. A belső membránok feltehetően a sejtmembránok begyűrődésével és lefűződésével keletkeztek. A z eukarióta s zer veződés e l őnye i A sejtmag kialakulásával az örökítőanyag koncentrált formában való elrendeződése sokkal kedvezőbb genetikai adottságokat eredményezett. A sejtszervecskék és a belső membránok létrejötte pedig egyrészt nagy belső felületek kialakulásával járt, másrészt a sejt belső terét sok, egymástól elhatárolt üregecskére osztotta fel. Az egymástól elhatárolt belső felületeken egyszerre, egymástól függetlenül nagyon sok és nagyon sokféle kémiai reakció tud lezajlani. Mindez előnyként jelentkezett az egyszerűbb felépítésű prokariótákkal szemben, ezért az eukarióta sejtek a kialakulásukat követően gyors fejlődésen mentek keresztül.


A Z E G Y S E J T Ű E U K A R I Ó TÁ K I .

|

43

SOKSEJTŰ EUKARIÓTÁK

GOMBÁK NÖVÉNYEK Zárvatermők Nyitavtermők Harasztok Mohák Zöldmoszatok

Vörösmoszatok Barnamoszatok

Bazidiumos gombák ÁLLATOK Tömlős Gerincesek gombák Fejgerinchúrosok Járomspórás Ízeltlábúak Előgerinchúrosok gombák Gyűrűsférgek Tüskésbőrűek Rajzóspórás Fonálférgek Puhatestűek Laposférgek gombák Csalánozók Szivacsok

PROTISZTÁK


Egysejtű eukarióták

Ősbaktériumok

Baktériumok

PROKARIÓTÁK

Rendszerük

3.1.2 Prokarióták és protiszták a jelenleg használatos törzsfán

A z ostorosok

M

Az eukarióta egysejtűeket a ma legáltalánosabban elfogadott rendszerekben egységes országba foglalják össze protiszták (3.1.2 ábra) néven. Valamennyiükre jellemző, hogy teljes testfelületükön keresztül diffúz módon lélegeznek, valamint szaporodásuk osztódás.

Az élővilág törzsfejlődése szempontjából nagy jelentőségűek az ostorosok közé sorolt fajok. Ősi képviselőiknél ugyanis az élővilág három nagy fejlődési irányba vált szét. Belőlük különült el az autotróf növényvilág, a heterotróf gombák és az ugyancsak heterotróf állatvilág fejlődési irányvonala. A mai ostorosok (3.1.3 kép) között is valamennyi ősi típus képviselőjét megtalálni. Vannak közöttük cellulóz sejtfallal burkolt, sejtplazmájukban zöld színtestekkel rendelkező fotoautotróf szervezetek, például a zöld gömbostoros-fajok, amelyek a növényvilág felé mutatnak. Vannak közöttük sejtfal nélküli, színtestet egyáltalán nem tartalmazó heterotrófok, mint a trópusokon súlyos emberi megbetegedést is okozó álomkórostoros, amely az állatokhoz áll közelebb. Az ostorosok egy része mixotróf, azaz vegyes táplálkozású. Ez azt jelenti, hogy autotróf és heterotróf táplálkozásra egyaránt képesek. Elegendő fény jelenlétében fotoszintetizálnak, fényben szegény, de szerves anyagokban gazdag vizekben elvesztik színanyagaikat, és heterotróf módon táplálkoznak. Leggyakoribb képviselőjük a zöld szemesostoros (3.1.4 ábra). A szemesostorosok 10–100 μm nagyságú, többnyire megnyúlt orsó formájú vagy gömbölyded egysejtűek.

3.1.3 Gömbostoros (fent) és álomkórostoros a vörösvérsejtek között (lent)


|

A Z E G Y S E J T Ű E U K A R I Ó TÁ K I .

zöld színtestek

sejtmag


lüktető űröcske

szemfolt

emésztő üregecske

ostor

3.1.4 Zöld szemesostoros szerkezete és mikroszkópos képe

M

44

Sejtfaluk nincs, a sejtek felületét vastagabb sejthártya képezi, amely többé-kevésbé állandó alakot biztosít számukra. Mindig van ostoruk, többnyire kettő, melyek a sejtek táplálékfelvételében szerepet játszó sejtgarat közelében erednek. Jellemző sejtszervecskéjük az ostorok eredésénél elhelyezkedő, vörös, fényérzékelő szemfolt. Elsősorban a szerves anyagokban gazdag, sekély édesvizekben élnek. Fontos szerepet töltenek be a vizek öntisztulásában, és más egysejtűek, apró vízi állatok táplálékaként is jelentősek.

KÉRDÉSEK ÉS FELADATOK 1. Miben különböznek a prokarióta és az eukarióta egysejtűek egymástól? 2. Milyen élőlények a protiszták? 3. Miért nagy jelentőségűek evolúciós szempontból az ősi ostorosok? 4. Milyen életmódbeli sajátosságokban különböznek egymástól az ostorosok és a fotoautotróf baktériumok? 5. Nézz utána, ki volt Lynn Margulis!


M



49–57

S O K S E J T Ű E U K A R I Ó TÁ K – A GOMBÁK

M

A soksejtű eukarióta szervezetek A gombák általános jellemzői A nyálkagombák

A rajzóspórás gombák A moszatgombák A valódi gombák

A kalapos gombák és a zuzmók A gombák gyakorlati jelentősége Ehető és mérgező gombák A gombafogyasztás szabályai Gombák okozta megbetegedések


50

|

S O K S E J T Ű E U K A R I Ó TÁ K – A G O M B Á K 1. A S O K S E J T Ű E U K A R I ÓTA SZERVEZETEK A soksejtű szervezetekké válás során az egyik fejlődési irányvonalban az együtt maradó heterotróf sejtek hosszú fonalakká szerveződtek. Ilyen felépítésűek a gombák.

A gombák általános jellemzői A régebbi rendszerek a növények közé sorolták őket, mert túlnyomó többségük helyváltoztató mozgásra nem képes. A helyhez kötött életmódjuk azonban csak a környezetükhöz való alkalmazkodásuk és nem a növényekkel való evolúciós kapcsolatuk eredménye. Velük ellentétben nem fotoautotróf szervezetek, hanem heterotrófok, fotoszintézisre képes színanyagaik nincsenek. Sejtfaluk viszont van, ennek alapanyaga azonban nem a növényvilágra jellemző cellulóz, hanem kitin. Tartalék tápanyaguk az ugyancsak az állatokra jellemző összetett szénhidrát, glikogén.


4.1.1 Nyálkagomba (Acrasis rosea) mikroszkópos képe

Ma a gombákat az élővilág egyik önálló fejlődési irányvonalat képviselő csoportjaként tartjuk számon, számos, különböző fejlettségű szinten álló csoportjukat ismerjük.

A nyálk agombák

M

A nyálkagombák feltehetően ősi heterotróf ostorosoktól származnak. Testük sok sejtből áll, a sejtfalak azonban felszívódnak, és a kifejlett nyálkagom4.1.2 Burgonyavész ba már egy óriási, egységes, soksejtmagvú plazmatömegnek tekinthető (4.1.1 kép). Helyváltoztató mozgásra képesek, állábaik segítségével lassan vándorolnak a nedves aljzaton. Korhadó szerves anyagokkal táplálkoznak, ezeket állábaikkal kebelezik be. Vizet és vízben oldott ionokat, szerves vegyületeket is felvesznek. Nedves környezetben aktív mozgásra képes rajzóspórákkal szaporodnak. Többségük korhadó növényi anyagokkal táplálkozik, egyesek azonban növényi szervezeteket károsítanak. Ilyenek például a káposztaragya és a burgonyavész (4.1.2 kép) betegségek kórokozói.

4.1.3 Rajzóspórás gombák

burgonyarák

békák abnormális testtartása, halála

rajzóspórás gomba mikroszkópos képe


A S O K S E J T Ű E U K A R I Ó TA S Z E R V E Z E T E K

|

51

A rajzóspórás gombák Fonalas szaprotróf fajok, valamint alga-, növény- és állatparaziták tartoznak ide. Ivarsejtjeik, rajzóspóráik ostorral mozognak. Nemrégiben fedezték fel keratinnal táplálkozó, békák tömeges pusztulását okozó fajukat (4.1.3 kép).

A moszatgombák Közéjük tartoznak a vízben élő halpenészek, melyek a halak bőrfertőzését eredményezik.

A valódi gombák

4.1.4 Kenyérpenész sporangium (színezett, elektronmikroszkópos kép)


A gombák további csoportjai valószínűleg ősi fonalas moszatoktól származnak. Testüket henger alakú gombafonalak, hifák építik fel. A hifák szövedéke a micélium. A micélium a gombák vegetatív tenyészteste, amely csak megfelelő körülmények között hoz létre szaporodást biztosító termőtesteket. A termőtestben a hifafonalak tömötten rendeződnek, szerveződésük álszövetes, sejtes jellegű. Ivaros és ivartalan spórákkal szaporodnak. A termőtestek spóraképzésének módja fontos rendszertani bélyeg. A j á ro mspórás gombák

Ivarszerveik egyszerű felépítésűek. Spóráikat – az úgynevezett járomspórákat – a hifavégeken kialakuló tokokban hozzák. Egy-egy tokban több száz spóra is lehet. Trágyán, nedves kenyéren (4.1.4 kép), mindenféle szerves anyagon (4.1.5 kép) szaporodik el a jól ismert képviselőjük, a fejespenész. Fontos csoportjait alkotják azok a fajok, melyek a növényekkel szimbiózisban – a mikorrhiza képzésben – partnerei a növények sokaságának.

M

A t ömlősgombák

között fejlettebb és kevésbé fejlett csoportokat egyaránt találunk. Közös jellemzőjük, hogy spóráikat a hifafonalak végeiben létrejövő tömlőkben, nyolcasával érlelik.

Az ide tartozó élesztőgombák egy része nem fonalas felépítésű, ovális sejtekből álló füzér. Általában csak ivartalanul, bimbózással szaporodnak. Gazdasági szempontból jelentős a préselt formában kereskedelmi forgalomba kerülő sütőélesztő, sörélesztő, szeszélesztő. A kelt tésztákban az élesztőgomba a liszt keményítőtartalmának egy részét szőlőcukorrá alakítja és eloxidálja. A tésztát a folyamat során keletkező CO2 fújja fel. Mivel – a legtöbb gombához hasonlóan – magas a B1, B2, B6, B12 vitamintartalmuk, fontos élelmiszerek és gyógyszeralapanyagok. Ugyancsak egyszerű felépítésű tömlősgombák az ecsetpenészek. Sir Alexander Fleming (1881–1955) fedezte fel a baktériumok növekedésére gyakorolt gátló hatásukat (4.1.6 kép). 1941-ben kezdték meg a penicillintermelő gombák nagyüzemi tenyésztését, majd a hatóanyag gyártását ipari méretekben.

4.1.5 Penészgombák károsította gyümölcs

4. 1.6 Az ecsetpenész és Sir Alexander Fleming


52

|

A S O K S E J T Ű E U K A R I Ó TA S Z E R V E Z E T E K

Gyógyászati szempontból nagy jelentőségű az anyarozs nevű tömlősgomba is, amelyből fontos gyógyászati alapanyagokat vonnak ki. Növényi élősködő, ezért veszélyes szőlő- és gyümölcskártevő a lisztharmat. A fejlettebb tömlősgombák termőtestet is hoznak. Közülük az ízletes kucsmagomba (4.1.7 kép) egyik legfinomabb erdei gombánk. A tömlősgombák föld alatt fejlődő csoportja a szarvasgombák, melyek közé a hazánkban gyakori nyári szarvasgomba és a híres francia szarvasgomba is tartozik. A föld alatti gombák többsége üde, enyhén meszes talajú erdőkben él.


KÉRDÉSEK ÉS FELADATOK

1. Melyek a gombák legjellemzőbb vonásai? 2. Melyek a gombák állati és melyek a növényi tulajdonságai?

M

4.1.7 Kucsmagomba

3. Gyakorlati szempontból milyen jelentőségük van a tömlősgombáknak?


M



59–129

A Z Á L L AT O K O R S Z Á G A Az ízeltlábúak I–II.

Az állatokra jellemző sejtalkotókról

Az ízeltlábú csoportok jellemzése

Az állati szövetek I–II.

A puhatestűek

Szövettípusok az állatvilágban

A csigák, kagylók, lábasfejűek

M

Az állati sejt felépítése I–II.

Gyakorlati óra

Az újszájú állatok

Állati szövetek vizsgálata mikroszkóppal

A tüskésbőrűektől a gerincesekig

Az állatok testszerveződése

A gerincesek életfolyamatai

Az állatok életfolyamatainak áttekintése I–II.

A halak

Önfenntartó és fajfenntartó folyamatok

A kétéltűek osztálya

A szivacsok és a csalánozók

A hüllők osztálya

A szivacsok és a csalánozók jellemzése

A madarak osztálya

Az ősszájú állatok Laposférgek, fonálférgek, gyűrűsférgek

Az emlősök osztálya Gyakorlati óra

Állatok életműködéseinek vizsgálata


60

|

A Z Á L L AT O K O R S Z Á G A 1. A Z Á L L AT I S E J T F E L É P Í T É S E I . Az élőlények felépítésének megismerése jelentős mértékben függ az adott kor technikai lehetőségeitől. A sejtekre – méretükből adódóan - ez fokozottan érvényes. A látható fény hullámhossza 0,4 és 0,8 μm közé esik, fénnyel csak ennél nagyobb objektumok leképezésére van lehetőség. A hagyományos fénymikroszkóp (5.1.1 ábra) ezért csak 0,4 μm-nél nagyobb alkotórészek beható vizsgálatát teszi lehetővé.

A z állati sejtek mérete 5.1.1 Fénymikroszkóp


Az állati sejtek mérete jelentősen függ a sejt alakjától. A gömbhöz vagy kockához hasonló alakú sejtek átmérője átlagosan kb. 30 μm. A megnyúlt sejtek hossza ennek sokszorosa is lehet, vastagságuk viszont csak 10-30 μm. A mikroszkópos vizsgálat szempontjából pedig ez a mérvadó. Az sem közömbös, hogy egy egér és egy elefánt hasonló szövetéhez tartozó sejtek mérete – kevés kivételtől eltekintve - gyakorlatilag ugyanakkora.

Az állati sejtnek nincs sejtfala, ezért fénymikroszkóppal még a sejthatárokat sem könnyű felismerni. A 19. század kutatója csak néhány sejtalkotót tudott megfigyelni: önálló sejtek esetén a sejthártyát, a sejtplazmát, a sejtmagot, a magvacskát (5.1.2 ábra) és a citoplazmába ágyazva még néhány kisebb sejtalkotót. Mindezt csak megfelelő előkészítés után, mert az állati sejtek és sejtalkotók a fénymikroszkópban nagyrészt színtelennek látszanak. Szelektív festéssel viszont különböző szövetek sejtjeit és a sejt egyes alkotórészeit más-más színben lehet megjeleníteni. Így minden sokkal jobban látszik, mint eredeti állapotában. Számos olyan festési eljárást ismerünk, amelyek révén fénymikroszkóppal is gazdag információhoz lehet jutni a sejtekről, szövetekről.

M

5.1.2 Az állati sejt és a sejtalkotók

DER színezett, transzmissziós elektronmikroszkóppal alkotott képen és grafikán

sejtmag

magvacska

sejplazma

sejthártya

mitokondrium színezett, transzmissziós elektronmikroszkóppal alkotott képen és grafikán

sejtközpont

Golgi-apparátus


|

A Z Á L L AT I S E J T F E L É P Í T É S E I .

61

A 20. századi sejtkutatásban nagy áttörést hozott az elektronmikroszkóp alkalmazása. Mivel az elektronsugarak hullámhosszát akár nm-es tartományba is be lehet állítani, a felbontóképesség a sokszorosára (0,1–0,2 nm) nőtt, így sokkal finomabb részleteket lehet vizsgálni, mint fénymikroszkóppal. A vizsgálandó anyagot ehhez is megfelelően elő kell készíteni. A kép eredetileg színtelen, olyan, mint egy nagyon kontrasztos fekete-fehér fénykép. (Mesterséges színeket lehet rendelni a kép különböző részleteihez.) Lényeges szempont, hogy ne csak a sejtek szerkezetéről készüljenek képek, hanem a sejt működését folyamatában is lehessen vizsgálni. A fénymikroszkóp – és bizonyos esetekben az elektronmikroszkóp – erre lehetőséget ad, így a szerkezet és működés összefüggéseire is fény derül.

A sejthár t ya


A sejthártya a biológiai membránok egyik képviselője. Elhatárolja a sejtet és egyben összeköti környezetével. Vastagsága kb. 5-10 nm, keresztmetszetben tehát csak elektronmikroszkóppal lehet vizsgálni. Szerves alapanyagai lipidek (zsírszerű anyagok), fehérjék és szénhidrátok. A sejthártyába épült fehérjéknek kiemelt jelentőségük van a membránon keresztül végbemenő anyagmozgásban.

M

A sejthártya féligáteresztő tulajdonságú: a vízben oldódó anyagok közül csak a kisebb molekulákat, ionokat ereszti át (ilyen pl. maga a víz, a Na+-ion, a Cl–-ion stb.) A víz ozmózissal (5.1.3 ábra) vándorol egyik oldalról a másikra, a hígabb rendszer felől a töményebb rendszer felé. Mikroszkóp alatt meg lehet figyelni, hogy a sejtek hígabb környezetben vizet vesznek fel és megduzzadnak, töményebb környezetben vizet adnak le és összezsugorodnak.

Zsírban oldódó anyagok számára többé-kevésbé átjárható a membrán, ezek diffúzióval jutnak át a sejthártyán. A sejt gázcseréjében részt vevő gázok (O2, CO2) szintén. A diffúzió iránya a magasabb koncentrációjú hely felől az alacsonyabb felé mutat. Az ozmózis és a diffúzió passzív folyamat, a sejttől nem igényel energiát. Az élő sejt azonban az anyagok jelentős részét irányítottan veszi fel vagy adja le aszerint, hogy milyen összetételű környezetben van, mire van szüksége, illetve aszerint, hogy milyen hatások érik. Az ionok jelentős része, a tápanyagnak minősülő egyes szerves molekulák (pl. szőlőcukor) a sejt aktív közreműködésével lépik át a sejt határát (5.1.4 ábra). A sejthártya meghatározott fehérjemolekulái bonyolítják le egy-egy anyag szállítását, és ehhez a sejt saját energiáját fogyasztja, azaz aktív folyamat zajlik le.

5.1.3 A sejthár tyán át a víz ozmózissal vándorol egyik oldalról a másikra

kettős lipidréteg (~ 5 nm)

ioncsatorna

fehérjék

5.1.4 A sejtmembránon keresztü l zajlanak a transzpor tfolyamatok


M



131–150

A Z Á L L AT O K V I S E L K E D É S E Bevezetés az etológiába I.

M

Az öröklött magatartási elemek

Bevezetés az etológiába II. Tanult magatartásformák

Komplex viselkedésformák I. A létfenntartási viselkedés

Komplex viselkedésformák II. A fajfenntartási viselkedés A társas viselkedés I.

Komplex viselkedésformák III. A társas viselkedés II. A háziállatok viselkedése

Az emberi viselkedés alapjai Kommunikáció


132

|

A Z Á L L AT O K V I S E L K E D É S E 1 . B E V E Z E T É S A Z E TO LÓ G I Á B A I . Az állatok külső életmegnyilvánulásait, tevékenységét a szervezet belső állapota és a külvilág hatásai együttesen határozzák meg. Az állat magatartása, viselkedése az adott helyzetben megnyilvánuló tevékenységek összességét jelenti. Ennek megfigyelésére, értelmezésére alakult ki az etológia tudománya.


Az etológia a biológián belül viszonylag fiatal tudomány. Az állatok fajra jellemző viselkedését a leíró zoológia tudománya hagyományosan figyelemmel kísérte, sok értékes adatot halmozott fel. A 19. század nagy zoológusa, Alfred Brehm (1829–1884) például „Az állatok világa” című művében saját észrevételeit és az állatok jellemző viselkedéséről korábban felhalmozott tudományos megfigyeléseket beleszőtte összefoglaló munkájába. Charles Darwin (1809–1882) az evolúciós elmélet kidolgozása közben nagy figyelmet szentelt az állatok magatartásának, a viselkedés összehasonlító elemzésének. Az állatok és az ember érzelmi megnyilvánulásaira építve az emberi magatartás evolúciós értelmezésével is foglalkozott.

6.1.1 Iván Petrovics Pavlov

M

Önálló tudománnyá a 20. századra fejlődött az állatok viselkedésének kutatása. Számtalan állatfajon végzett etológiai megfigyelés, kísérlet, az állatok viselkedésének összehasonlítása, elemzése és nem utolsósorban az örökléstan, élettan vívmányainak felhasználása mind gazdagította a kialakuló etológia tudományát. Úttörő munkásságával emelkedik ki e téren az idegélettani állatkísérletei révén világhírűvé vált orosz I. P. Pavlov (1849–1936) (6.1.1 kép), az etológia megalapítójaként és ismeretterjesztő íróként is maradandó életművet alkotó osztrák Konrad Lorenz (1903–1989), az etológia alapkérdéseivel és az ösztönök mechanizmusával fog6.1.2 Nikolas Tinbergen és Konrad Lorenz 1981-ben lalkozó holland származású angol Nikolas Tinbergen (1907–1988) (6.2.2 kép), valamint a méhek jelbeszédét megfejtő Karl von Frisch (1886–1962) osztrák etológus. Mindannyian kiérdemelték a legmagasabb tudományos kitüntetést, a Nobel-díjat. Mivel az állatok magatartása sokszor rendkívül bonyolult körülmények között mutatkozik meg, másrészt a magatartás is gyakran összetett és időben elnyúló folyamatokból áll, először tekintsük át a viszonylag egyszerű magatartási elemeket. Ezek egy része öröklött, másik része az egyedi élet során tanult magatartás. Az utóbbinál a tanulás öröklött tulajdonságokra épül.

A z örök lött magatar t ási elemek A szervezet felépítésének és működésének alapjai öröklődnek. Az állat élettevékenységének egyes elemei ugyancsak veleszületett megnyilvánulások. Ezeknek az öröklött magatartási elemeknek a hátterét zárt ge-


BE VEZE TÉS AZ E TOLÓGIÁBA I.

|

133

netikai program képezi, nem az egyedi élet során szerzett tapasztalatokra épülnek.


A feltétlen reflex az állat magatartásának egyik legegyszerűbb eleme, alapját a már korábban megismert reflexív képezi. Valamely inger az állatból (és az emberből) következetesen ugyanazt a választ váltja ki. A szemet 6.1.3 Feltétlen reflex a pupilla kitágulása, összeszűkü lése érő erősebb fényre például pupillareflex következik be, a szembogár hirtelen összeszűkül. Fordítva: erős fényből sötétbe kerülve a pupilla kitágul (6.1.3 kép). A reflex minden előzetes gyakorlás nélkül bekövetkezik, megvédi a szemet a túl erős fénytől és beállítja az adott körülményekhez képest legjobb α α fényerősséget. (Lényegében hasonló történik az önműködő kamerák működése közben, csak egészen más „alα katrészek” részvételével.) Hasonló feltétlen reflex a pislogás, a térdreflex, a fogóreflex, a nyálelválasztási reflex vagy a csuklás. A taxis inger által kiváltott és egyben irányított mozgási reakció. Egyes fénykedvelő rovarok például este a pontszerű fényforrást egy spirálvonal mentén repülve, folyamatosan kiigazított röppályán közelítik meg. Eközben testük hossztengelye a fényforrással mindvégig ugyanazt a szöget zárja be (6.1.4 kép).

6.1.4 Taxis: a pontszerű fényforrások vonzzák a fénykedvelő rovarokat

M

Az öröklött mozgáskombináció olyan magatartási elemek sorozatából áll, melyek a kiváltó inger vagy ingeregyüttes hatására szigorúan meghatározott sorrendben követik egymást. Ekkor az egymástól megkülönböztethető magatartási elemek magatartásegységet alkotnak. Egyik legismertebb példája a mókus diórejtő magatartása (6.1.5 kép).

Ha a fajtársaitól elválasztva felnevelt mókus egy ketrecben ősszel egyszer diót kap, a szájába veszi, majd ugyanazokkal a mozdulatokkal szeretné elrejteni, mint szabadon élő társai, pedig korábban nem is találkozott dióval, és nem is láthatta más mókusok mozdulatait. Hiába alkalmatlan terep ehhez a ketrec, a dió láttán és a táplálékraktározás belső késztetésének megfelelően lezajlik a ceremónia. Az öröklött magatartási elemek kiváltásában a szervezetet érő sokféle egyidejű ingerhatás közül csak meghatározott ingernek van jelentősége, ezt nevezzük kulcsingernek. A kulcsinger is lehet bizonyos mértékig öszszetett. A hím tüskés pikó úgy védi a felségterületét, hogy a piros oldalú, függőleges állású és hosszúkás alakú élőlényekre, illetve tárgyakra rátámad (6.1.6 kép). Ez a leírás megfelel a közeledő természetes vetélytárs küllemének, de a magatartás mesterséges modellekkel is kiváltható. Ha a

6.1.5 Öröklött mozgáskombináció: a mókus diórejtő magatartása

6.1.6 Kulcsinger: a tü skés pikó hímek a piros has láttán támadnak


M



151–202

A NÖVÉNYEK ORSZÁGA A termés

A növényvilág kialakulása és fejlődése A moszatok

A zárvatermők, meghatározásuk és vizsgálatuk

A szárazföldi növények kialakulása

A növények vízháztartása

M

A növényi sejt és a növényi sejt vizsgálata

A mohák

A növények szövetei és szervei, a hajtás vizsgálata A harasztok

A növények táplálkozása, anyagszállítása, légzése és kiválasztása A növények szaporodása, egyedfejlődése

A korpafüvek, a zsurlók és a páfrányok

A növények ingerlékenysége A virág és a mag A nyitvatermők

A növényi növekedés és fejlődés szabályozása


152

|

A NÖVÉNYEK ORSZÁGA 1. A N Ö V É N Y I S E J T

sejtmag keményítőszemcse

maghártya sejtfal sejthártya DER és SER


Golgi-készülék

A gombák és az állatvilág mellett a harmadik fő evolúciós irányt az ősi egysejtű eukariótákból a növényvilág kialakulása jelentette. Szemben a gombákkal és az állatokkal, amelyek heterotróf anyagcseréjűek, túlnyomó többségűk fotoautotróf szervezet. A nap fényenergiájának a felhasználásával kis energiatartalmú szervetlen vegyületekből képesek szerves vegyületek szintézisére. A növények teste az állatokéhoz hasonlóan sejtekből épül fel.

sejtplazma

A növényi sejt sejtalkotói

Kívülről mindig sejtfal határolja, amely szilárd, rugalmas váz. Ennek legnagyobb mennyiségben előforduló anyaga cellulóz.

zárvány

mitokondrium

M

kloroplasztisz

vakuólum

7.1.1 A növényi sejt szerkezete

7.1.2 Színezett, elektronmikroszkópos kép: A bab levelében található kloroplasztiszok 16000-szeres nagyításban. A sötét körök a fotoszintézis során előállított keményítőszemcsék.

A sejt belsejét sejtplazma vagy másnéven citoplazma tölti ki, ez tekinthető a sejt alapállományának. Vékony, külső felszíne a sejthártya vagy plazmamembrán, amely kifelé a sejtfalat termeli. A sejthártyát zsírnemű anyagok és fehérjék építik fel. A fehérjemolekulák valóságos csatornákat képeznek a sejthártyán, amelyek nyílásain a kisebb molekulák és ionok át tudnak vándorolni, a nagyobb molekulák számára azonban átjárhatatlanok. Ezért a sejthártya féligáteresztő tulajdonságú.

A citoplazmában zajlanak a sejt életműködéseihez szükséges anyagcsere-folyamatok. A citoplazmában minden esetben megtalálható egy sejtmag, amelyet kettős rétegű maghártya burkol. A sejtmag a sejt anyagcsere-folyamatainak irányítója. A növényi sejtek tipikus alkotói a különböző színű színtestek vagy plasztiszok. Közülük a zöld színtest vagy kloroplasztisz előfordulása a legjellemzőbb. Átlagos hosszuk 5-10 μm, vastagságuk 2-5 μm. Alakjuk a magasabb rendű növényekben legtöbbször lapos, lencseszerű, számuk egy sejtben átlagosan 10-20 közötti. Vannak azonban olyan növényi sejtek is, amelyekben csak egyetlen nagy színtest van, és vannak olyanok is, amelyekben a számuk akár a százat is elérheti. A zöld színt a bennük lévő zöld színanyag, a klorofill okozza. A klorofill több változata ismeretes, közülük az egymástól kémiai összetételükben csak kismértékben különböző klorofill-a és klorofill-b minden kloroplasztiszban jelen van. A zöld színtestek ezen kívül még kisebb mennyiségben sárga színű xantofillt és narancs-


A NÖVÉNYI SEJT

|

vörös színű karotint is tartalmaznak, ezek színét azonban a klorofillok elnyomják. A színanyagok nélkülözhetetlenek a fotoszintézis folyamatában. A zöld mellett vannak színtelen és más színű plasztiszok is. A színtelen plasztiszokban raktározás folyik, a színes plasztiszokban különböző – vörös, sárga stb. – színanyagok dominálnak. Főleg az idősebb sejtekben gyakran látni kisebb-nagyobb sejtüregeket, vakuólumokat. A sejtüregeket sejtnedv tölti ki. A sejtnedv különböző vizes oldatok elegye. Anyagai lehetnek tartalék tápanyagok, különböző festékek, oldott szervetlen sók és szerves vegyületek egyaránt. Például a cukorrépa sejtnedve mintegy 20% répacukrot tartalmaz. Ezt vonják ki a cukorgyártás során, így állítják elő a kristálycukrot. A cékla sejtnedve betacianin tartalma miatt, a vöröskáposzta sejtnedve oldott antocián tartalma miatt lilásvörös színű.


Jellegzetes növényi sejtalkotók a zárványok is. Ezek rendszerint szilárd halmazállapotúak, gyakran kristályos anyagcseretermékek, amelyeket a sejt ideiglenesen vagy végleg elraktároz. Ilyenek például a kalcium-oxalát kristályok a vöröshagyma hagymájának külső burokleveleiben, a burgonyagumó keményítőszemcséi vagy a búzaszem tartalék fehérjéje, a sikér. Lehetnek a zárványok folyadékok is (de soha nem vizes oldatok!), ilyenek például a citoplazmában lévő olajcseppek, a tejnedv, a hígabb vagy sűrűbb, alaktalanná dermedt gyanták, balzsamok stb. A sejtüregek jellegzetes szagú és ízű anyagai az illóolajok is. Az illóolajok a papíron olajos foltot hagynak, onnan azonban hamar, nyom nélkül elpárolognak. Illóolajok adják a növények, virágok illatát, a fűszerek aromáját stb. Illóolaj az erdei fenyő terpentinolaja (terpenol), az ánizs ánizsolaja (anetol) és a mentafajok mentaolaja (mentol) stb.

KÉRDÉSEK ÉS FELADATOK

1. A 7.1.3 ábra alapján nevezd meg a legfontosabb sejtalkotókat, és készíts te is egy vázlatos rajzot!

M

2. Mely alkotókban tér el egy növényi sejt az állati sejttől?

3. Mi a különbség a sejtüregek anyagai és a zárványok között?

7.1.3 A növényi sejtalkotók

153


|

G YA K O R L AT I Ó R A – A N Ö V É N Y I S E J T V I Z S G Á L ATA

2 . G YA KO R L AT I Ó R A – A N Ö V É N Y I S E J T V I Z S G Á L ATA Mohanövény vizsgálata 1. Tárgylemezre cseppents egy csepp vizet, majd egy mohanövénykéről csipesszel válassz le egy zöld levélkét. Tedd a tárgylemezen lévő vízcseppbe, és fedd le fedőlemezzel. Vizsgáld közepes nagyítás (10 x 20) mellett. Mivel a mohalevélke egyetlen sejtrétegből áll, jól megfigyelhetők a szorosan egymás mellett elhelyezkedő sejtek sejtfalai, a sejtekben lévő citoplazma, amelyekben változó számban láthatjuk a lencse alakú zöld színtesteket. Készíts rajzot a megfigyelt sejtekről!

Vöröshagyma vizsgálata


2. Vöröshagyma húsos burokleveleit válaszd szét egymástól. A levelek belső, homorú felszínén csipesszel is könnyen lehúzható, hártyaszerű réteget találsz. Ollóval vágj ki ebből egy fél négyzetcentiméteres darabkát, és ezt helyezd egy óraüvegben elhelyezett néhány csepp eozinoldatba. Az eozin piros színű mikroszkópi festék, amely a sejtmagot pirosra, a citoplazmát halvány rózsaszínre festi. A festést követően egy másik óraüvegbe tett desztillált vízben öblítsd ki a preparátumot, majd egy tárgylemezre helyezve, egy csepp vízzel fedd le, és vizsgáld közepes nagyítás (12 x 20) mellett. Készíts rajzot is a látottakról! 3. A hagyma buroklevelének egy másik darabkáját tedd tárgylemezre, és fedd le 20%-os kálium-klorid oldattal. Ezt követően vizsgáld a mikroszkópban közepes nagyítás (12 x 10) mellett! Tapasztalni fogod, hogy a kálium-klorid oldat hatására a sejtplazma vizet veszít, és elválik a sejtfaltól. A jelenség neve plazmolízis. Ezzel a módszerrel a citoplazmát és a sejtfalat is jól megfigyelheted! 4. Vöröshagyma száraz, külső vörös burokleveléből vágj ki egy kis darabkát éles ollóval, majd tedd egy tárgylemezre. és egy csepp vízben fedd le fedőlemezzel. Vizsgáld a preparátumot közepes nagyítás (12 x 10) mellett. Keress a sejtekben hosszú, hasáb formájú, végükön piramis alakú kristályokat. Ezek kalcium-oxalát zárványkristályok. Ezután a fedőlemezt vedd le, és cseppents a készítményre 20%-os kénsavoldatot. Újra tedd rá a fedőlemezt, és figyeld a bekövetkező változást. Hamarosan a kalcium-oxalát kristályok eltűnnek, és a helyükön a kalcium-szulfát (gipsz) nyalábszerűen elhelyezkedő tűkristályait fogod találni.

M

154

A végbement kémiai folyamat reakcióegyenlete: Ca(COO)2 + H2SO4 = CaSO4 + (COOH)2


A NÖVÉNY VILÁG KIALAKULÁSA ÉS FE JLŐDÉSE

|

155

3 . A N Ö V É N Y V I L ÁG K I A L A K U L Á S A É S F E J LŐ D É S E Az egysejtű fotoszintetizáló eukarióta szervezetek hosszú idő alatt, számos lépcsőfokon keresztül fejlődtek többsejtű növényekké.

A sejttársulás

7.3.1 Zöldmoszat-sejttársulás


A többsejtű szervezetté válás egyik lehetséges útja a sejttársulások (7.3.1 kép) laza kapcsolatának kialakulásán át vezethetett, amely szintre már egyes kékbaktériumok is eljutottak. A sejttársulásban azonban az együttmaradó sejtek között még nincs működésmegosztás, minden egyes sejt valamennyi életműködését önállóan látja el, együttélő, önálló egyedeknek tekinthetők. Ennek a szerveződési formának mai képviselői például a zöldmoszatok közé tartozó harmonikamoszatok.

A valódi soksejtes szer veződés

A valódi többsejtes szerveződés minőségileg már más állapotot jelent a sejtek kapcsolatában. Az osztódás után együttmaradó sejtek ugyanis túlléptek a sejttársulás laza kapcsolatán, az utódsejtek érintkező sejtfalai közösekké váltak, közöttük plazmakapcsolatok is kialakultak, amelyek összetartották őket, és ezzel együtt fokozatos működésmegoszlás alakult ki közöttük. Ennek következménye differenciálódás volt, idővel különböző működésű és – a működés minél tökéletesebb ellátására alkalmas – különböző alakú sejtek jöttek létre. Kialakult a telepes szerveződés.

elágazó fonal

M

A legegyszerűbb telepes szerveződés a sejtfonal (7.3.2 ábra). Ez úgy alakul ki, hogy végső sejtje az aljzathoz való rögzítés feladatát látja el, az első sejt pedig, mint vezérsejt, állandóan osztódik. Ennél a típusnál már elkülönülnek az ivarsejtek is. A fonál többi sejtje osztódó képességét elveszti, és egyrészt fotoszintetizál, másrészt biztosítja, hogy a vezérsejt, valamint a rögzítést végző alapi sejt elegendő táplálékhoz jusson. Ha az együttmaradó sejtek közül valamelyik közbülső tag is megőrzi osztódó képességét, akkor a sejtfonal elágazik. Az elágazó sejtfonal a mai moszatok körében is gyakori. Ilyen felépítést mutatnak például a zöldmoszatok közé tartozó békanyál fajok.

egyszerű fonal

lemezes test teleptest

7.3.2 Telepes testszerveződésű moszatok Kép: tengeri saláta

Valamennyi együttmaradt sejtnek a térben két irányban történő osztódása lapszerű növények kialakulását eredményezi. Lapszerűek például a tengeri saláták (7.3.2 kép) néven ismert zöldmoszatok. A sejtek három irányban bekövetkező osztódása térben teleptestes szerveződést eredményezett. Teleptestes a mai fejlettebb moszatok többsége, valamint a szárazföldi növények közül a mohák.

A moszatok A vízi életkörülmények között ezek a szerveződési formák elégségesnek bizonyultak az életfolyamatok fenntartásához és a szaporodáshoz. Így a tengerekben rendkívül sokféle, különböző fejlettségi szintre jutott növény, a moszatok vagy más néven algák képviselik ma is az autotróf szervezeteket.


156

|


vörösmoszat

barnamoszat

zöldmoszat

7.3.3 Moszatok


Valamennyien sejttársulásban élő vagy soksejtű telepes, egyszerű felépítésű növények. Elsődlegesen víziek, ami azt jelenti, hogy vízben alakultak ki, és ezt az ősi életteret a mai napig nem is hagyták el. A vörösmoszatok (7.3.3 kép) feltételezhetően közvetlenül ősi kékbaktériumokból származó algák. Korai típusaik hamar önálló útra tértek. Sejtfonalas, lap- vagy teleptestes szerveződésűek, színük pirosas vagy kékes. Ennek az a magyarázata, hogy jellemző színanyagaik a kisebb mennyiségben jelen lévő klorofill-a mellett kékes és pirosas szín7.3.4 anyagok. A vörösmoszatok a melegebb tengerek mélyebb vizeinek a lakói, mert színanyagaik segítségével jól tudják hasznosítani 5 a legmélyebbre hatoló kékes fénysugarakat is. 3

6

M

4

1

2

7

A moszatok nemzedékváltakozását az ábrán tanulmányozhatjuk. A megtermékenyített zigótából (1) kifejlődik a zöldmoszat (2). Ez a növény szaporodásakor ivar talan úton keletkező, csillós rajzóspórákat (3) hoz létre. A spórák később elvesztik csillóikat, és az aljzaton megtelepedve új alganövényekké (4) fejlődnek. Ezek az egyedek viszont szaporodáskor különböző – vagy hím (5), vagy női (6) jellegű – ivarsejteket termelnek. Az ivarsejtek a vízbe jutva egyesülnek (7), és a megtermékenyített petesejtből újra spórákat termelő, csak ivar talanul szaporodni képes alga fejlődik.

A barnamoszatok (7.3.3 kép) igen változatos megjelenésű, soksejtű algák. Egyszerűbb típusaik fonalasak, többségük azonban lemezes vagy sok sejtrétegű, fejlett teleptest. Közöttük találni tagolt telepű, gyökérszerű, szárszerű, levélszerű képződményekkel rendelkező, 200-300 méter hosszú növényóriásokat is. Plasztiszaik színanyagai között barnásak is vannak, amelyek a növények barnás színét okozzák. Óriási tömegekben élnek, elsősorban a hidegebb tengerekben. A zöldmoszatok (7.3.3 kép) zöld színű, sejttársulásban élő, fonalas, lemezszerű vagy telepes növények. A növényvilág törzsfejlődése szempontjából nagy jelentőségűek, mert az ősi zöldmoszatok a mohák és a hajtásos növények elődeinek tekinthetők. Színanyagaik összetétele, sőt mennyiségi arányaik is a magasabb rendű növényekével megegyező.

Szaporodási módozataik nagyon változatosak, ivaros és ivartalan úton egyaránt szaporodnak. Fejlettebb típusaikra az ivarosan és az ivartalanul szaporodó nemzedékek szabályos váltakozása jellemző. Így például a tengeri saláta ivarsejtjeiből az egyesülésüket követően kifejlődik a zöldmoszat. Ez a növény ivartalan úton keletkező, csillós rajzóspórákat hoz létre. A spórák az aljzaton megtelepedve új alganövényekké fejlődnek. Ezek az egyedek vi-



|

szont szaporodáskor különböző – vagy hím, vagy női jellegű – ivarsejteket termelnek. Az ivarsejtek a vízbe jutva egyesülnek, és a megtermékenyített petesejtből újra spórákat termelő, csak ivartalanul szaporodni képes alga fejlődik. A csak ivarosan és a csak ivartalanul szaporodni képes nemzedékek szabályos ismétlődését nemzedékváltakozásnak nevezzük (7.3.4 ábra). A zöldalgák megtalálhatók az édesvizekben, tavakban, tócsákban, de nagyobb folyókban és tengerekben is.

KÉRDÉSEK ÉS FELADATOK 1. Mi a különbség egy soksejtű szervezet és egy sejttársulás között? 2. Melyek voltak azok a tényezők, amelyek a moszatok számára hátrányt jelentettek szárazra kerülésük esetén?


3. Növényekkel dúsan benőtt kisebb tavak, árkok tiszta vizéből vegyél mintát egy főzőpohárba! Cseppents belőle tárgylemezre egy cseppet, és fénymikroszkópban közepes nagyítás mellett keress benne. sejttársulásban élő moszatokat!

M

4. Cseppents egy tárgylemezre vizet, tegyél bele egy kevés békanyál moszatot, fedd le fedőlemezzel, majd vizsgáld közepes nagyítás (10 x 20) mellett. Készíts rajzot a békanyál testfelépítéséről!

157

Kiadó Műszaki MINTA 2012 NAT

Recommend Documents