Kiadó Műszaki MINTA 2012 NAT

Átírás

1

2

3

4 TARTALOMJEGYZÉK 3 AZ ÉLŐ RENDSZEREK 8 Bevezetés a biológiába A biológia területei és kutatási módszerei Vírusok, szubvirális rendszerek Az ember vírusbetegségei Az élővilág áttekintése Az élő anyag szerveződési szintjei A PROKARIÓTÁK 26 A legősibb sejtes élőlények A baktériumok Az egészségünket károsító baktériumok Védekezés a kórokozók ellen AZ EGYSEJTŰ EUKARIÓTÁK 42 Az egysejtű eukarióták I Az egysejtű eukarióták II Gyakorlati óra A mikroszkóp felépítése és használata SOKSEJTŰ EUKARIÓTÁK A GOMBÁK 50 A soksejtű eukarióta szervezetek A kalapos gombák és a zuzmók A gombák gyakorlati jelentősége AZ ÁLLATOK ORSZÁGA 60 Az állati sejt felépítése I Az állati sejt felépítése II Az állati szövetek I Az állati szövetek II Gyakorlati óra állati szövetek vizsgálata mikroszkóppal Az állatok testszerveződése és életfolyamatai Az állatok életfolyamatainak áttekintése I Az állatok életfolyamatainak áttekintése II A szivacsok és a csalánozók Az ősszájú állatok Az ízeltlábúak I Az ízeltlábúak II A puhatestűek Az újszájú állatok A gerincesek életfolyamatai A halak A kétéltűek osztálya A hüllők osztálya

5 4 TARTALOMJEGYZÉK A madarak osztálya Az emlősök osztálya Gyakorlati óra az állatok életműködéseinek vizsgálata AZ ÁLLATOK VISELKEDÉSE 132 Bevezetés az etológiába I Bevezetés az etológiába II Komplex viselkedésformák I Komplex viselkedésformák II Komplex viselkedésformák III Az emberi viselkedés alapjai A NÖVÉNYEK ORSZÁGA 152 A növényi sejt Gyakorlati óra A növényi sejt vizsgálata A növényvilág kialakulása és fejlődése Szárazföldi növények kialakulása A növények szövetei A növények szervei I A növények szervei II Gyakorlati óra A hajtás szöveti felépítése A harasztok A virág kialakulása A mag A nyitvatermők A termés A zárvatermők Gyakorlati óra Növényhatározás: ismerkedés a zárvatermőkkel Gyakorlati óra A növények életműködései A növények vízháztartása A növények táplálkozása A növények anyagszállítása, légzése, és kiválasztása A növények szaporodása A növények egyedfejlődése A növények ingerlékenysége A növényi növekedés és fejlődés szabályozása

6 BEVEZETŐ 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. 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

7

8 7 23 AZ ÉLŐ RENDSZEREK Bevezetés a biológiába Az életjelenségek Az életkritériumok 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

9 8 AZ ÉLŐ RENDSZEREK Életjelenségek: mozgás táplálkozás szaporodás 1. BEVEZETÉS A BIOLÓGIÁBA 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. Az 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). 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. 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.

10 BEVEZETÉS A BIOLÓGIÁBA 9 ÉLETJELENSÉGEK Vegetatív anyagcsere mozgás ingerlékenység növekedés fejlődés Generatív szaporodás Az életjelenségek csoportosítása Keress különbségeket a növényi és az állati életjelenségek között! 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. Az életkritériumok 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. 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) Az élővilág sokszínűsége Figyeld meg a képeket! Próbáld meg segítségükkel bemutatni az élővilág sokszínűségét biztosító feltételeket! 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! TUDOD-E? Az élet első definícióját Claude Bernard ( ) francia tudós adta meg, aki úgy fogalmazott, hogy az élet a minden élőlényben közös jelenségek összessége".

11

12 3. VÍRUSOK, SZUBVIRÁLIS RENDSZEREK 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 ( ) 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 elektronmikroszkóp 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. A vírusfertőzés folyamata VÍRUSOK, SZUBVIRÁLIS RENDSZEREK Dohány-mozaikvírus szerkezete 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, örökítőanyag fehérjeburok és a fertőzés robbanásszerűen továbbterjedhet (1.3.2 ábra). Számos olyan vírust ismerünk, melyek hatására a gazdasejt belepusztul az idegen érdekek szolgálatába. 1. A vírus megtapad a baktérium felületén A vírusfertőzés folyamata 5. Kiszabadulnak a továbbfertőzésre kész virionok 4. A baktériumsejtben elkészülnek a vírus burkát adó fehérjék 3. Az átprogramozott baktériumsejt megsokszorozza a vírus örökítőanyagát 2. A vírus örökítőanyaga bejut a baktériumsejtbe

13 14 VÍRUSOK, SZUBVIRÁLIS RENDSZEREK helikális típus kubikális típus binális típus dohány-mozaikvírus adenovírus bakteriofág influenzavírus Vírustípusok Számítógépes grafika (felül) és színezett, elektronmikroszkópos felvétel (alul) Bakteriofágok támadnak baktériumokat mikroszkópos felvétel számítógépes grafika A vírusok csoportosítása 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). 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 bakté rium 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.

14 VÍRUSOK, SZUBVIRÁLIS RENDSZEREK 15 A növényi vírusok közül már szó volt D. Ivanovszkij vizsgálataival kapcsolatosan a dohány mozaikbetegségét elő idéző 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 ( ) 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. 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 ( ) 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 Edward Jenner ( ) angol sebész, a himlőoltás feltalálója 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? Pápua Új-Guineán kezdett kutatásokat D. C. Gajdusek ( ). Eredményeit ban Nobel-díjjal ismerték el.

15

16 25 39 A PROKARIÓTÁK A legősibb sejtes élőlények A prokarióták felfedezése A prokarióták életmódja 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

17 26 A PROKARIÓTÁK Robert Hooke mikroszkópja 1. A LEGŐSIBB SEJTES ÉLŐLÉNYEK 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 prokarióták 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 ( ) 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 ( ) már tudományos igénynyel, pontos rajzokon rögzítette mikroszkópos megfigyeléseit (2.1.1 kép). A prokariótákkal kapcsolatban számos nagy felfedezés a 19. század orvosainak, biológusainak munkásságához fűződik. Louis Pasteur ( ), Robert Koch ( ) 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) A prokarióták felfedezői Antoni van Leeuwenhoek ( ) A műkedvelő természetbúvár Louis Pasteur ( ) A mikrobiológia, immunológia és a járványtan atyja Robert Koch ( ) A modern bakteriológia megalapozója

18 A LEGŐSIBB SEJTES ÉLŐLÉNYEK 27 A prokarióták 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. Kiindulási anyagok Szervetlen vegyületek Az átalakítás energiaforrása Napfény Oxidatív folyamatok Anyagcseretípusok elnevezése Anyagcseretermék Fotoautotrófok ANYAGCSERETÍPUSOK Kemoautotrófok Szimbionták Szerves vegyületek Anyagcseretípusok Szerves vegyületek Oxidatív folyamatok Fogyasztók Szaprotrófok Paraziták 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 ősbakté - riumok nem ősibbek a valódi baktériumoknál, csak arról van szó, hogy a két csoport fejlődése már régen elvált egymástól Hőforráskedvelő ősbaktériumok

19 28 A LEGŐSIBB SEJTES ÉLŐLÉNYEK 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-di - oxidnál 23-szor jelentősebb hővisszatartásával. További kutatásokra van szükség annak megállapítására, hogy Fertőző 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 A fotoautotróf baktériumok, főleg a kékbaktériumok nemcsak az eukarió ták 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 végzetes oxigénhiányt idézhetnek elő. levegőben lévő N 2 Az aerob és anaerob szaprotróf bakté - riumok más élőlényekkel együtt lebontó folyamataik révén eltakarítják az elpusztult élőlények szerves anyagait. Eközben N2, nitrogénmegkötés nitrogénmegkötő szervezetek állatok növények nitrogénvegyületek a talajban NH 4 +, NO 3, NO A nitrogén körforgása lebontó szervezetek denitrifikáló baktériumok CO 2 (szén-dioxid), H 2 O (víz), NH 3 (ammónia), CH 4 (metán), H 2 S (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

20 A LEGŐSIBB SEJTES ÉLŐLÉNYEK 29 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? 8. Mondhatjuk-e, hogy a N-körforgásban a denitrifikáló baktériumok szerepe éppen ellentétes a nitrifikáló baktériumok szerepével? Miért?

21

22 41 48 AZ EGYSEJTŰ EUKARIÓTÁK Az egysejtű eukarióták I. Eredetük Rendszerük Az egysejtű eukarióták II. Gyakorlati óra A mikroszkóp felépítése és használata A mikroszkóp felépítése Egysejtűek mozgásformáinak megfigyelése fénymikroszkópban A csillós mozgás megfigyelése

23 SOKSEJTŰ EUKARIÓTÁK PROTISZTÁK Rendszerük NÖVÉNYEK Zárvatermők Nyitavtermők Harasztok Mohák Zöldmoszatok Vörösmoszatok Barnamoszatok Egysejtű eukarióták PROKARIÓTÁK GOMBÁK Rajzóspórás gombák Ősbaktériumok Tömlős gombák Járomspórás gombák 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 ostorosok Bazidiumos gombák Puhatestűek Baktériumok 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 μm nagyságú, többnyire megnyúlt orsó formájú vagy gömbölyded egysejtűek. AZ EGYSEJTŰ EUKARIÓTÁK I. 43 ÁLLATOK Gerincesek Fejgerinchúrosok Előgerinchúrosok Tüskésbőrűek Fonálférgek Laposférgek Csalánozók Szivacsok Ízeltlábúak Gyűrűsférgek Prokarióták és protiszták a jelenleg használatos törzsfán Gömbostoros (fent) és álomkórostoros a vörösvérsejtek között (lent)

24 44 AZ EGYSEJTŰ EUKARIÓTÁK I. zöld színtestek sejtmag lüktető űröcske Zöld szemesostoros szerkezete és mikroszkópos képe szemfolt ostor emésztő üregecske 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!

25

26

27 49 57 SOKSEJTŰ EUKARIÓTÁK A GOMBÁK 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

28 50 SOKSEJTŰ EUKARIÓTÁK A GOMBÁK Nyálkagomba (Acrasis rosea) mikroszkópos képe 1. A SOKSEJTŰ EUKARIÓTA 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. Ma a gombákat az élővilág egyik önálló fejlődési irányvonalat képviselő csoportjaként tartjuk számon, számos, különböző fejlettségű szinten álló csoportjukat ismerjük. A nyálkagombák A nyálkagombák feltehetően ősi heterotróf ostorosoktól származnak. Testük sok sejtből áll, a sejtfalak azonban felszívódnak, és a kifejlett nyálkagomba már egy óriási, egységes, soksejtmagvú plazmatömegnek tekinthető Burgonyavész (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 Rajzóspórás gombák burgonyarák békák abnormális testtartása, halála rajzóspórás gomba mikroszkópos képe

29 A SOKSEJTŰ EUKARIÓTA SZERVEZETEK 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 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 járomspórás 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. A tömlősgombák 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 CO 2 fújja fel. Mivel a legtöbb gombához hasonlóan magas a B 1, B 2, B 6, B 12 vitamintartalmuk, fontos élelmiszerek és gyógyszeralapanyagok. Ugyancsak egyszerű felépítésű tömlősgombák az ecsetpenészek. Sir Alexander Fleming ( ) fedezte fel a baktériumok növekedésére gyakorolt gátló hatásukat (4.1.6 kép) ben kezdték meg a penicillintermelő gombák nagyüzemi tenyésztését, majd a hatóanyag gyártását ipari méretekben Kenyérpenész sporangium (színezett, elektronmikroszkópos kép) Penészgombák károsította gyümölcs Az ecsetpenész és Sir Alexander Fleming

30 52 A SOKSEJTŰ EUKARIÓTA SZERVEZETEK 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 Kucsmagomba KÉRDÉSEK ÉS FELADATOK 1. Melyek a gombák legjellemzőbb vonásai? 2. Melyek a gombák állati és melyek a növényi tulajdonságai? 3. Gyakorlati szempontból milyen jelentőségük van a tömlősgombáknak?

31

32

33 AZ ÁLLATOK ORSZÁGA Az állati sejt felépítése I II. Az állatokra jellemző sejtalkotókról Az állati szövetek I II. Szövettípusok az állatvilágban Gyakorlati óra Állati szövetek vizsgálata mikroszkóppal Az állatok testszerveződése Az állatok életfolyamatainak áttekintése I II. Önfenntartó és fajfenntartó folyamatok A szivacsok és a csalánozók A szivacsok és a csalánozók jellemzése Az ősszájú állatok Laposférgek, fonálférgek, gyűrűsférgek Gyakorlati óra Állatok életműködéseinek vizsgálata Az ízeltlábúak I II. Az ízeltlábú csoportok jellemzése A puhatestűek A csigák, kagylók, lábasfejűek Az újszájú állatok A tüskésbőrűektől a gerincesekig A gerincesek életfolyamatai A halak A kétéltűek osztálya A hüllők osztálya A madarak osztálya Az emlősök osztálya

34 60 AZ ÁLLATOK ORSZÁGA 1. AZ ÁLLATI SEJT FELÉPÍTÉSE 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. Az állati sejtek mérete 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 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 Az állati sejt és a sejtalkotók sejtmag DER színezett, transzmissziós elektronmikroszkóppal alkotott képen és grafikán magvacska sejtközpont sejplazma sejthártya mitokondrium színezett, transzmissziós elektronmikroszkóppal alkotott képen és grafikán Golgi-apparátus

35 AZ ÁLLATI SEJT FELÉPÍTÉSE 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 sejthártya A sejthártya a biológiai membránok egyik képviselője. Elhatárolja a sejtet és egyben összeköti környezetével. Vastagsága kb 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. 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 (O 2, CO 2 ) 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. kettős lipidréteg (~ 5 nm) A sejthártyán át a víz ozmózissal vándorol egyik oldalról a másikra ioncsatorna fehérjék A sejtmembránon keresztu l zajlanak a transzportfolyamatok

36

37 AZ ÁLLATOK VISELKEDÉSE Bevezetés az etológiába I. 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

38 132 AZ ÁLLATOK VISELKEDÉSE Iván Petrovics Pavlov 1. BEVEZETÉS AZ ETOLÓGIÁBA 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 ( ) például Az állatok világa című művében saját észrevételeit és az állatok jellemző viselkedéséről korábban felhalmozott tudományos megfigyeléseket beleszőtte összefoglaló munkájába. Charles Darwin ( ) 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. 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 ( ) (6.1.1 kép), az etológia megalapítójaként és ismeretterjesztő íróként is maradandó életművet alkotó osztrák Konrad Lorenz ( ), az etológia alapkérdéseivel és az ösztönök mechanizmusával foglalkozó holland származású angol Nikolas Tinbergen Nikolas Tinbergen és Konrad Lorenz 1981-ben ( ) (6.2.2 kép), valamint a méhek jelbeszédét megfejtő Karl von Frisch ( ) 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. Az öröklött magatartási 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-

39 BEVEZETÉS AZ ETOLÓGIÁBA 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 érő erősebb fényre például pupillareflex következik Feltétlen reflex a pupilla kitágulása, összeszűku lése be, a szembogár hirtelen összeszű- kül. 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 fényerősséget. (Lényegében hasonló történik az önműködő α α kamerák működése közben, csak egészen más al- katrészek részvételével.) Hasonló feltétlen reflex a pislogás, α 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). 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 Taxis: a pontszerű fényforrások vonzzák a fénykedvelő rovarokat Öröklött mozgáskombináció: a mókus diórejtő magatartása Kulcsinger: a tu skés pikó hímek a piros has láttán támadnak

40

41 A NÖVÉNYEK ORSZÁGA A növényi sejt és a növényi sejt vizsgálata A növényvilág kialakulása és fejlődése A moszatok A szárazföldi növények kialakulása A mohák A növények szövetei és szervei, a hajtás vizsgálata A harasztok A korpafüvek, a zsurlók és a páfrányok A virág és a mag A nyitvatermők A termés A zárvatermők, meghatározásuk és vizsgálatuk A növények vízháztartása A növények táplálkozása, anyagszállítása, légzése és kiválasztása A növények szaporodása, egyedfejlődése A növények ingerlékenysége A növényi növekedés és fejlődés szabályozása

42 152 A NÖVÉNYEK ORSZÁGA 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 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- keményítőszemcse vakuólum sejtmag A növényi sejt szerkezete Színezett, elektronmikroszkópos kép: A bab levelében található kloroplasztiszok szeres nagyításban. A sötét körök a fotoszintézis során előállított keményítőszemcsék. maghártya kloroplasztisz sejtfal mitokondrium sejthártya DER és SER Golgi-készülék sejtplazma zárvány 1. A NÖVÉNYI SEJT 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. A növényi sejt sejtalkotói Kívülről mindig sejtfal határolja, amely szilárd, rugalmas váz. Ennek legnagyobb mennyiségben előforduló anyaga cellulóz. A sejt belsejét sejtplazma vagy másnéven cito - plazma 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.

43 A NÖVÉNYI SEJT 153 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 ábra alapján nevezd meg a legfontosabb sejtalkotókat, és készíts te is egy vázlatos rajzot! 2. Mely alkotókban tér el egy növényi sejt az állati sejttől? 3. Mi a különbség a sejtüregek anyagai és a zárványok között? A növényi sejtalkotók

44 154 GYAKORLATI ÓRA A NÖVÉNYI SEJT VIZSGÁLATA 2. GYAKORLATI ÓRA A NÖVÉNYI SEJT VIZSGÁLATA 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. A végbement kémiai folyamat reakcióegyenlete: Ca(COO) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 + (COOH) 2